JP4341910B2 - Laser profile measurement method and apparatus, particle collection method and apparatus - Google Patents

Description

本発明は、電子、陽電子、イオン、中性子、Ｘ線、γ線などの高エネルギー粒子の粒子源における密度分布を求める方法および装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、レーザ光線をターゲットに照射することによって発生した高エネルギー粒子の当該ターゲット上における密度分布を求める方法および装置並びにこれを利用したレーザープロファイルの測定方法および装置、粒子採取方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for determining a density distribution in a particle source of high energy particles such as electrons, positrons, ions, neutrons, X-rays, and γ rays. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for obtaining a density distribution on a target of high-energy particles generated by irradiating a target with a laser beam, a method and apparatus for measuring a laser profile using the same, and particle sampling. It relates to a method and an apparatus.

例えば特許文献１には、レーザ光線をターゲットに瞬間的に照射して、電子、陽電子、イオン、中性子、Ｘ線、γ線などの高エネルギー粒子を発生させる技術が開示されている。この技術は、透視画像計測をはじめとする様々な計測技術や診断技術への適用が期待されている。今後、ターゲット上で発生させる粒子の更なる高エネルギー化や粒子生成の高効率化等を目指すためには、生成された粒子がターゲット上でどのように分布しているかを探ることが極めて重要となる。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for generating high energy particles such as electrons, positrons, ions, neutrons, X-rays, and γ rays by instantaneously irradiating a target with a laser beam. This technique is expected to be applied to various measurement techniques and diagnostic techniques including fluoroscopic image measurement. In the future, it is extremely important to investigate how the generated particles are distributed on the target in order to further increase the energy of particles generated on the target and increase the efficiency of particle generation. Become.

一方、非特許文献１には、レーザ光線をターゲットに照射することで発生した電子のターゲット上での分布を測定する技術が開示されている。この技術では、図２４に示すように、第１のレーザ装置１０１より第１のレーザ光線１０１Ａをターゲット１０３に照射し、ターゲット１０３上に電子を発生させるとともに、第２のレーザ装置１０２よりターゲット表面１０３Ａと平行かつターゲット表面１０３Ａの近傍に第２のレーザ光線１０２Ａを照射する。電子が多いところと少ないところでは、プラズマ密度が変化し屈折率が変わるため、第２のレーザ光線１０２Ａの位相が変化する。測定装置１０４により第２のレーザ光線１０２Ａの位相の変化からプラズマ密度の変化を検出し、当該検出結果に基づいてターゲット１０３上の電子の密度を求める。   On the other hand, Non-Patent Document 1 discloses a technique for measuring the distribution of electrons generated by irradiating a target with a laser beam on the target. In this technique, as shown in FIG. 24, the first laser beam 101A is irradiated onto the target 103 from the first laser device 101 to generate electrons on the target 103, and the target surface from the second laser device 102. The second laser beam 102A is irradiated in parallel with 103A and in the vicinity of the target surface 103A. Where there are many electrons and where there are few electrons, the plasma density changes and the refractive index changes, so the phase of the second laser beam 102A changes. The measurement device 104 detects a change in plasma density from the change in phase of the second laser beam 102A, and obtains the density of electrons on the target 103 based on the detection result.

特開２００２−１０７４９９号JP 2002-107499 A M.Zeph et al. Phys. Plasmas 8 (2001) 2323M.Zeph et al. Phys. Plasmas 8 (2001) 2323

しかしながら、非特許文献１の技術では、電子発生用の第１のレーザ装置１０１と、電子密度測定用の第２のレーザ装置１０２との２つのレーザ装置をターゲット１０３の周囲に配置しなければならず、またターゲット１０３の極近辺に第２のレーザ光線１０２Ａを導く必要があるため、レーザ装置１０２および測定装置１０４をターゲット１０３の周囲に配置しなければならないので、装置構成が複雑なものとなってしまう。   However, in the technique of Non-Patent Document 1, two laser devices, the first laser device 101 for generating electrons and the second laser device 102 for measuring electron density, must be arranged around the target 103. In addition, since it is necessary to guide the second laser beam 102A to the immediate vicinity of the target 103, the laser device 102 and the measuring device 104 must be disposed around the target 103, so that the device configuration is complicated. End up.

また、非特許文献１の技術では、第１のレーザ光線１０１Ａをターゲット１０３に照射した直後または同時に、第２のレーザ光線１０２Ａを照射する必要がある。第１のレーザ装置１０１のパルス幅はｆｓ（１０^−１５秒）〜ｐｓ（１０^−１２秒）と非常に短時間であるため、第２のレーザ光線１０２Ａを照射する時間的な制御が極めて困難である。 In the technique of Non-Patent Document 1, it is necessary to irradiate the second laser beam 102A immediately after or simultaneously with the irradiation of the first laser beam 101A to the target 103. Since the pulse width of the first laser device 101 is very short, fs (10 ⁻¹⁵ seconds) to ps (10 ⁻¹² seconds), it is extremely difficult to control the time with which the second laser beam 102A is irradiated. It is.

さらに、第１のレーザ光線１０１Ａをターゲット１０３に照射した際には、ターゲット１０３上では電子、イオン、分子、Ｘ線など様々な粒子がほぼ同時に発生しているが、非特許文献１の技術では、中性粒子および種類や価数が明らかでないイオンの分布を測定することができない。さらに、屈折率の変化を利用する非特許文献１の原理では、エネルギー別に分けて粒子の分布を測定することは極めて難しい。   Furthermore, when the target 103 is irradiated with the first laser beam 101A, various particles such as electrons, ions, molecules, and X-rays are generated almost simultaneously on the target 103. In addition, the distribution of neutral particles and ions whose type and valence are not clear cannot be measured. Furthermore, according to the principle of Non-Patent Document 1 using the change in refractive index, it is extremely difficult to measure the distribution of particles separately for each energy.

そこで本発明は、粒子源における高エネルギー粒子の密度分布を簡便に測定する粒子分布の評価方法および装置、並びにこれを利用したレーザープロファイルの測定方法および装置、粒子採取方法および装置を提供することを目的とする。また本発明は、エネルギー別に又は粒子の種類別に、粒子源における粒子密度分布を測定する粒子分布の評価方法および装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a particle distribution evaluation method and apparatus for simply measuring the density distribution of high-energy particles in a particle source, a laser profile measurement method and apparatus, and a particle collection method and apparatus using the particle distribution evaluation method. Objective. It is another object of the present invention to provide a particle distribution evaluation method and apparatus for measuring a particle density distribution in a particle source for each energy or each particle type.

かかる目的を達成するため、請求項１記載のレーザープロファイルの測定方法は、粒子が拡散する点源の集合である粒子源であってレーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求める粒子分布の評価方法により求められる前記ターゲット上での発生粒子の密度分布と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を求めるようにしている。また、請求項７記載のレーザープロファイル測定装置は、ターゲットと瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段とを備えて粒子源である前記ターゲットより粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段と、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成り前記粒子源と前記検出手段との間に配置されるピンホール部と、前記粒子源の粒子発生領域を構成する各点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を算出する演算手段とを備える粒子分布評価装置を備え、当該粒子分布評価装置から出力される前記ターゲット上での発生粒子の密度分布を表す情報と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関を表す情報に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を算出するようにしている。これらによると、粒子源上の各点源から拡散しピンホールを介して検出面上の各点に入射できる粒子は、各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件とにより絞られる。このため、あたかもピンホールカメラによって被写体としての粒子源が検出面上に写し出されるが如く、検出面上の各点に入射する粒子数すなわち検出面上の粒子密度分布は、粒子源における各点源から拡散した粒子数すなわち粒子源上の粒子密度分布を反映したものとなる。したがって、各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件とから、粒子の保存則に基づいて、測定された検出面上の粒子密度分布から、粒子源上の粒子密度分布を導き出すことができる。また、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット上の発生粒子の密度分布を求めることができる。そして、本発明によると、ターゲット上での発生粒子の密度分布を求めることができ、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット上の発生粒子の密度とレーザー強度閾値との関係は実験等により予め調べることができる。ターゲット上での発生粒子の密度分布と、ターゲット上の発生粒子の密度とレーザー強度閾値との関係が既知であれば、ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布すなわちレーザープロファイルを求めることができる。 In order to achieve this object, a method for measuring a laser profile according to claim 1 is a particle source that is a set of point sources in which particles diffuse, and a target that generates high-energy particles when irradiated with a laser beam. A pinhole is provided in a shielding material that has a detection surface on which the particles are incident and between a position where the particles are incident on the detection surface and a detection unit that measures the number of particles incident on the position. A pinhole portion formed by forming a particle, and based on a condition that the particle diffuses from the point source and a condition that the particle starting from the point source passes through the pinhole and reaches the detection surface Te, wherein the measurement result of the detecting means, dense occurrence particles on the target obtained by the evaluation method of particle distribution for obtaining the number of particles diffused from the point source at said source Distribution and, based on the known correlation between the density of occurrence particles on the target and the laser intensity threshold, and to obtain the current light intensity distribution of the laser beam irradiated to the target. The laser profile measuring apparatus according to claim 7, wherein the target is instantaneously irradiated with a laser beam having an energy capable of ionizing the target by instantaneous irradiation to generate a high energy particle. Means for generating particles from the target as a particle source, a detection surface on which the particles are incident, and a position where the particles are incident on the detection surface and the number of particles incident on the position. A detection means for measuring, a pinhole formed in a shielding material that blocks passage of the particles, a pinhole portion disposed between the particle source and the detection means, and a particle generation region of the particle source Based on the condition that the particle diffuses from each point source and the condition that the particle starting from the point source passes through the pinhole and reaches the detection surface. And a particle distribution evaluation apparatus comprising a calculation means for calculating the number of particles diffused from the point source in the particle source from the measurement result of the detection means, and on the target output from the particle distribution evaluation apparatus Based on the information indicating the density distribution of the generated particles and the information indicating the known correlation between the density of the generated particles on the target and the laser intensity threshold, the light collection intensity distribution of the laser beam irradiated on the target is calculated. I am doing so. According to these, the particles that can diffuse from each point source on the particle source and enter each point on the detection surface via the pinhole are the conditions under which the particle diffuses from each point source and the particles starting from the point source It is narrowed down by the condition of passing through the hole and reaching the detection surface. For this reason, the number of particles incident on each point on the detection surface, that is, the particle density distribution on the detection surface, as if the particle source as a subject is projected on the detection surface by the pinhole camera, It reflects the number of particles diffused from, that is, the particle density distribution on the particle source. Therefore, on the measured detection surface based on the conservation law of the particle, the condition that the particle diffuses from each point source and the condition that the particle starting from the point source passes through the pinhole and reaches the detection surface. From the particle density distribution, the particle density distribution on the particle source can be derived. Moreover, the density distribution of the generated particles on the target that generates high-energy particles when irradiated with a laser beam can be obtained. According to the present invention, the density distribution of the generated particles on the target can be obtained, and the relationship between the density of the generated particles on the target that generates high-energy particles when irradiated with the laser beam and the laser intensity threshold value. Can be examined in advance by experiments or the like. If the density distribution of the generated particles on the target and the relationship between the density of the generated particles on the target and the laser intensity threshold are known, it is possible to obtain the concentration distribution of the laser beam irradiated to the target, that is, the laser profile. .

また、請求項２記載の粒子採取方法は、粒子が拡散する点源の集合である粒子源であってレーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求める粒子分布の評価方法により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所が露出するマスキング材を前記ターゲットの粒子発生面に取り付けるようにしている。また、請求項８記載の粒子採取装置は、粒子が拡散する点源の集合である粒子源であってレーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段とに加え、前記粒子源と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求める粒子分布の評価方法により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、前記ターゲットの粒子発生面に取り付けられて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所を露出させるマスキング材とを備えるようにしている。さらに、請求項９記載の粒子採取装置は、ターゲットと瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段とを備えて粒子源である前記ターゲットより粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段と、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成り前記粒子源と前記検出手段との間に配置されるピンホール部と、前記粒子源の粒子発生領域を構成する各点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を算出する演算手段とを備える粒子分布評価装置を備え、当該粒子分布評価装置により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、前記ターゲットの粒子発生面に取り付けられて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所を露出させるマスキング材とを備えるようにしている。 The particle collection method according to claim 2 is a particle source that is a set of point sources in which particles diffuse, and a target that generates high-energy particles when irradiated with a laser beam, and detection that the particles are incident A pinhole in which a pinhole is formed in a shielding material that blocks the passage of the particle between a position where the particle is incident on the detection surface and a detection means for measuring the number of particles incident on the position. And the measurement of the detection means based on the condition that the particles diffuse from the point source and the condition that the particles starting from the point source pass through the pinhole and reach the detection surface From the result, the target particle is generated based on the density distribution of the generated particle on the target obtained by the particle distribution evaluation method for obtaining the number of particles diffused from the point source in the particle source. The masking material that point on serial target is exposed so that attachment to the particle generation surface of said target. The particle collecting apparatus according to claim 8 is a particle source that is a set of point sources in which particles diffuse, and a target that generates high-energy particles by being irradiated with a laser beam, In addition to laser beam irradiation means for generating high energy particles by instantaneously irradiating the target with a laser beam having an energy capable of ionizing the target, the particle source and a detection surface on which the particles are incident Between the position where the particle is incident on the detection surface and the detection means for measuring the number of particles incident on the position, a pinhole portion in which a pinhole is formed in a shielding material that blocks the passage of the particle is disposed, Based on the conditions for the particles to diffuse from the point source and the conditions for the particles starting from the point source to pass through the pinhole and reach the detection surface, the measurement of the detection means is performed. From the results, the particle source is attached to the particle generation surface of the target based on the density distribution of the generated particles on the target obtained by the particle distribution evaluation method for obtaining the number of particles diffused from the point source in the particle source. And a masking material for exposing a portion on the target where target particles are generated. Furthermore, the particle sampling apparatus according to claim 9 is a laser beam irradiation means for generating high energy particles by instantaneously irradiating the target with a laser beam having an energy capable of ionizing the target by instantaneous irradiation with the target. A particle generating means for generating particles from the target as a particle source, a detection surface on which the particles are incident, and a position where the particles are incident on the detection surface and the number of particles incident on the position are measured. And a pinhole portion formed between the particle source and the detection means, and a particle generation region of the particle source. Based on the conditions for the diffusion of the particles from each point source and the conditions for the particles starting from the point source to pass through the pinhole and reach the detection surface, And a particle distribution evaluation device comprising a calculation means for calculating the number of particles diffused from the point source in the particle source, and the density of the generated particles on the target obtained by the particle distribution evaluation device A masking material that is attached to the particle generation surface of the target based on the distribution and exposes a portion on the target where target particles are generated is provided.

これらによると、所定の粒子分布の評価方法または粒子分布評価装置によりターゲット上での発生粒子の密度分布を予め求め、所望の粒子がターゲット上のどの箇所から多く発生しているか明らかにしておけば、当該箇所を露出させ他の粒子発生箇所を覆うマスキング材をターゲットの粒子発生面に取り付けて、先の粒子分布の評価と同条件の下でレーザ照射によるターゲットからの粒子発生を行うことで、必要とする粒子を効率良く取り出すことができる。According to these, if the density distribution of the generated particles on the target is obtained in advance by a predetermined particle distribution evaluation method or particle distribution evaluation apparatus, it is necessary to clarify from which location on the target the desired particles are generated. By attaching a masking material that exposes the relevant part and covering the other particle generation part to the particle generation surface of the target, and performing particle generation from the target by laser irradiation under the same conditions as the previous particle distribution evaluation, Necessary particles can be taken out efficiently.

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のレーザープロファイルの測定方法または請求項２記載の粒子採取方法において、一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置するようにしている。また、請求項１０記載の発明は、請求項７記載のレーザープロファイル測定装置または請求項８若しくは９記載の粒子採取装置において、一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置するようにしている。 The invention according to claim 3 is the laser profile measurement method according to claim 1 or the particle collection method according to claim 2 , wherein the energy separating means for passing only particles having energy of a certain value or more or a specific type Particle sorting means for allowing only particles to pass through is arranged between the particle source and the detection surface. The invention of claim 10, wherein, in the particle collecting apparatus of a laser profile measuring device or claim 8 or 9, wherein according to claim 7, the energy classification unit or particular type passing only particles having an energy higher than a certain value Particle sorting means for passing only the particles is arranged between the particle source and the detection surface.

この場合、粒子源上の各点源から様々なエネルギーを有する粒子もしくは様々な種類の粒子が発生する場合でも、測定対象のエネルギーを有する粒子または測定対象の種類の粒子についての粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。   In this case, even if particles having various energies or various types of particles are generated from each point source on the particle source, particles having the energy to be measured or particles on the particle source for the types of particles to be measured A density distribution can be obtained.

また、請求項４記載の発明は、請求項１記載のレーザープロファイルの測定方法または請求項２記載の粒子採取方法において、電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置するようにしている。また、請求項１１記載の発明は、請求項７記載のレーザープロファイル測定装置または請求項８若しくは９記載の粒子採取装置において、電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置するようにしている。 The invention of claim 4, wherein, in the measuring method or particle collecting method according to claim 2, wherein the laser profile according to claim 1, deflector for deflecting the particles by generating one or both of the electric field or magnetic field , And between the pinhole part and the detection surface. The invention described in claim 11 is the deflector for deflecting the particle by generating one or both of an electric field and a magnetic field in the laser profile measuring device according to claim 7 or the particle sampling device according to claim 8 or 9 . Is arranged between the pinhole portion and the detection surface.

この場合、各粒子が有するエネルギーや比電荷等の値によって、電場や磁場によって粒子が偏向する度合に差が生じ、エネルギー別に粒子を分離する、または粒子の種類別に粒子を分離することが可能となる。従って、エネルギー別に又は粒子の種類別に、粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。   In this case, there is a difference in the degree to which the particles are deflected by the electric field or magnetic field depending on the values of energy, specific charge, etc. of each particle, and it is possible to separate particles by energy or by particle type. Become. Therefore, the particle density distribution on the particle source can be obtained for each energy or each kind of particle.

また、請求項５記載の発明は、請求項４記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法において、前記偏向器は、トムソン質量分析器であるものとしている。また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置において、前記偏向器は、トムソン質量分析器であるものとしている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the laser profile measuring method or the particle sampling method according to the fourth aspect , the deflector is a Thomson mass spectrometer. According to a twelfth aspect of the present invention, in the laser profile measuring device or the particle sampling device according to the eleventh aspect, the deflector is a Thomson mass spectrometer.

この場合、イオンの種類、イオンエネルギーに応じてイオンを空間的に分離することができ、イオンの種類別およびイオンエネルギー別に、粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。   In this case, ions can be spatially separated according to the type of ion and ion energy, and the particle density distribution on the particle source can be determined for each type of ion and for each ion energy.

また、請求項６記載の発明は、請求項４記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法において、前記偏向器は、電子スペクトロメータであるものとしている。また、請求項１３記載の発明は、請求項１１記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置において、前記偏向器は、電子スペクトロメータであるものとしている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the laser profile measuring method or the particle sampling method according to the fourth aspect , the deflector is an electron spectrometer. According to a thirteenth aspect of the present invention, in the laser profile measurement device or the particle sampling device according to the eleventh aspect, the deflector is an electron spectrometer.

この場合、エネルギーに応じて電子および陽電子を空間的に分離することができ、エネルギー別に電子又は陽電子の粒子源上の密度分布を求めることができる。   In this case, electrons and positrons can be spatially separated according to energy, and the density distribution on the particle source of electrons or positrons can be obtained for each energy.

しかして請求項１記載のレーザープロファイルの測定方法および請求項７記載のレーザープロファイル測定装置によれば、粒子源と検出面との間にピンホール部を設置する構成、および各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件と、粒子の保存則に基づく計算処理によって、測定された検出面上の粒子密度分布から、粒子源上の粒子密度分布を導き出すことができる。本発明によれば、測定用のレーザーを用いる必要はないため、複雑な２レーザー間の同期制御を行うことはなく、装置構成も簡素化でき、粒子源における高エネルギー粒子の密度分布を簡便に測定することができる。また、本発明によれば、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット上の発生粒子の密度分布を求めることができる。そして、本発明によれば、所定の粒子分布の評価方法や粒子分布評価装置の結果に基づいて、ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布すなわちレーザープロファイルを求めることができる。また、請求項２記載の粒子採取方法および請求項８，９記載の粒子採取装置によれば、所定の粒子分布の評価方法や粒子分布評価装置の結果に基づいて、必要とする粒子を効率良く取り出すことができる。 Thus, according to the laser profile measurement method of claim 1 and the laser profile measurement device of claim 7 , the configuration in which the pinhole portion is installed between the particle source and the detection surface, and the particles from each point source From the particle density distribution on the detection surface measured by the diffusion condition, the condition for the particle starting from the point source to reach the detection surface through the pinhole, and the calculation process based on the conservation law of the particle, the particle source The upper particle density distribution can be derived. According to the present invention, since it is not necessary to use a laser for measurement, complicated synchronization control between two lasers is not performed, the apparatus configuration can be simplified, and the density distribution of high-energy particles in the particle source can be simplified. Can be measured. In addition, according to the present invention, it is possible to obtain the density distribution of generated particles on a target that generates high-energy particles when irradiated with a laser beam. And according to this invention, based on the result of the evaluation method of a predetermined particle distribution and a particle distribution evaluation apparatus, the condensing intensity distribution of the laser beam irradiated to the target, ie, a laser profile, can be calculated | required. Further, according to the particle collection method according to claim 2 and the particle collection device according to claims 8 and 9, the required particles can be efficiently obtained based on the result of the predetermined particle distribution evaluation method and the particle distribution evaluation device. It can be taken out.

さらに、請求項３記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法および請求項１０記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置のように、エネルギー分別手段または粒子分別手段を用いることで、あるいは請求項４記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法および請求項１１記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置のように、電場または磁場の一方または双方を発生させて粒子を偏向させる偏向器を用いることで、エネルギー別や粒子の種類別に粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。 Furthermore, as in claim 3 laser profile measuring device or particle collection device of the measurement method or particle collection methods and claim 10, wherein the laser profile described by use of the energy classification unit or particle separation means, or claim 4 By using a deflector that deflects particles by generating one or both of an electric field and a magnetic field, such as the laser profile measurement method or particle collection method described in claim 11 and the laser profile measurement device or particle collection device according to claim 11. The particle density distribution on the particle source can be determined for each energy and each particle type.

請求項５記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法および請求項１２記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置のようにトムソン質量分析器を用いれば、イオンのエネルギー毎の粒子源上の粒子密度分布を高精度に求めることができる。また、請求項６記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法および請求項１３記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置のように電子スペクトロメータを用いれば、電子又は陽電子のエネルギー毎の粒子源上の粒子密度分布を高精度に求めることができる。 If a Thomson mass spectrometer is used like the laser profile measurement method or particle collection method according to claim 5 and the laser profile measurement device or particle collection device according to claim 12, the particle density on the particle source for each ion energy Distribution can be obtained with high accuracy. The measuring method or particle collecting method of laser profile according to claim 6 described and claimed the use of the electron spectrometer as laser profile measuring device or particle collection device of claim 13, wherein the electron or positron energy per on particle source Can be obtained with high accuracy.

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図１から図２１に本発明の粒子分布の評価方法及び装置の実施の一形態を示す。この粒子分布の評価方法は、粒子が拡散する点源の集合である粒子源１と、粒子が入射する検出面２ａを有し当該検出面２ａ上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段２との間に、粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホール３が形成されて成るピンホール部４を配置し、点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホール３を通過して検出面２ａに到達する条件とに基づいて、検出手段２の測定結果から、粒子源１における点源から拡散した粒子数を求めるようにしている。   1 to 21 show an embodiment of the particle distribution evaluation method and apparatus of the present invention. This particle distribution evaluation method has a particle source 1 that is a set of point sources through which particles diffuse, a detection surface 2a on which particles are incident, a position on which the particles are incident on the detection surface 2a, and an incident on the position. Between the detection means 2 for measuring the number of particles, a pinhole part 4 in which a pinhole 3 is formed on a shielding material that blocks the passage of particles is arranged, and the conditions for the diffusion of particles from the point source and the point source The number of particles diffused from the point source in the particle source 1 is obtained from the measurement result of the detection means 2 based on the condition that the starting particle passes through the pinhole 3 and reaches the detection surface 2a.

例えば本実施形態における粒子源は、レーザ光線５ａが照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット１であるものとしている。瞬間的な照射でターゲット１の電離が可能なエネルギーのレーザ光線５ａを、ターゲット１に瞬間的に照射することで、ターゲット１の照射面が電離して電子や正イオンが加速されて、高エネルギー粒子が発生する。   For example, the particle source in the present embodiment is assumed to be the target 1 that generates high-energy particles when irradiated with the laser beam 5a. By instantaneously irradiating the target 1 with a laser beam 5a having an energy capable of ionizing the target 1 by instantaneous irradiation, the irradiated surface of the target 1 is ionized and electrons and positive ions are accelerated. Particles are generated.

ターゲット１での粒子発生領域を構成する各点源から拡散した粒子数は、ターゲット１上での粒子密度分布を表す。ここで、ターゲット１上では、様々な種類の粒子がそれぞれ様々な大きさのエネルギーを有して発生し得る。ターゲット１上で発生した粒子の密度分布を、粒子の種類別やエネルギー別に測定するには、例えば以下に挙げる第１〜第４の方策のいずれか採用する、あるいはこれらの方策を組み合わせて採用することで可能である。   The number of particles diffused from each point source constituting the particle generation region on the target 1 represents the particle density distribution on the target 1. Here, on the target 1, various types of particles can be generated with energy of various sizes. In order to measure the density distribution of the particles generated on the target 1 for each type of particles and each energy, for example, one of the following first to fourth measures or a combination of these measures is adopted. Is possible.

第１の方策として、発生させる高エネルギー粒子の種類を、ターゲット１の材料の選択やレーザ光線５ａの照射条件等により定める。例えば、ターゲット１として固体ターゲットを用いればプロトン（水素イオン）とその固体の組成イオンを、厚い金属ターゲット１を用いれば電磁波を、ガスなどを用いれば電子とそのガスイオンを主な高エネルギー粒子として選択的に発生させることが可能である。   As a first measure, the type of high-energy particles to be generated is determined by the selection of the material of the target 1, the irradiation conditions of the laser beam 5a, and the like. For example, if a solid target is used as the target 1, protons (hydrogen ions) and solid composition ions are used, electromagnetic waves are used if the thick metal target 1 is used, and electrons and gas ions are used as main high energy particles if a gas is used. It can be generated selectively.

第２の方策として、特定の種類の粒子または特定の大きさのエネルギーを有する粒子に反応する検出手段２を採用する。例えば、測定対象の粒子がイオンであれば、イオンに対して感度の高いＣＲ３９（アリル・ジグリコール・カーボネート）を検出面２ａとする飛跡検出器を検出手段２として利用できる。また、測定対象の粒子が電子または陽電子であれば、電子および陽電子に反応するイメージングプレート、マルチチャンネルプレート、レイネックススクリーンなどを検出面２ａとする検出手段２を利用できる。勿論、検出手段２は上記に例示したものには限定されず、測定対象の粒子に応じて適宜選択して良い。   As a second measure, the detection means 2 that reacts to a specific type of particle or a particle having a specific size of energy is employed. For example, if the particles to be measured are ions, a track detector having CR39 (allyl diglycol carbonate), which is highly sensitive to ions, as the detection surface 2a can be used as the detection means 2. In addition, if the particles to be measured are electrons or positrons, the detection means 2 having the detection surface 2a such as an imaging plate, a multichannel plate, or a Rainex screen that reacts with the electrons and positrons can be used. Of course, the detection means 2 is not limited to those exemplified above, and may be appropriately selected according to the particles to be measured.

第３の方策として、一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、粒子源１としてのターゲット１と検出面２ａとの間に配置する。例えば図１４に示すように、エネルギーが一定値未満の粒子を遮断するエネルギーフィルタ６をターゲット１とピンホール部４との間もしくはピンホール部４と検出面２ａとの間に設置する。エネルギーフィルタ６の厚みまたは密度、材質を変更することで、フィルタ６を透過可能なエネルギーの値を調整できる。このようなエネルギーフィルタ６として例えばMylarと呼ばれるフィルム（マイラーフィルタ）を利用できる。また、同じ材質のフィルタでも、電子とイオンではイオンの方が透過し難いので、フィルタの厚さを調整することで、イオンを遮断し電子のみを透過させる粒子分別手段としてのフィルタを構成することも可能である。   As a third measure, an energy sorting unit that passes only particles having energy of a certain value or more or a particle sorting unit that passes only specific types of particles is disposed between the target 1 as the particle source 1 and the detection surface 2a. To do. For example, as shown in FIG. 14, an energy filter 6 that blocks particles whose energy is less than a certain value is installed between the target 1 and the pinhole portion 4 or between the pinhole portion 4 and the detection surface 2a. By changing the thickness, density, or material of the energy filter 6, the value of energy that can be transmitted through the filter 6 can be adjusted. As such an energy filter 6, for example, a film called Mylar (Mylar filter) can be used. Also, even with the same filter material, ions and ions are less likely to pass through. Therefore, by adjusting the filter thickness, a filter can be constructed as a particle sorting means that blocks ions and allows only electrons to pass. Is also possible.

第４の方策として、電場または磁場の一方または双方を発生させて粒子を偏向させる偏向器を、ピンホール部４と前記検出面２ａとの間に配置し、エネルギー別に粒子を分離する、または粒子の種類別に粒子を分離する。各粒子が有するエネルギーや比電荷等の値によって、電場や磁場によって粒子が偏向する度合に差が生じ、エネルギー別に粒子を分離する、または粒子の種類別に粒子を分離することが可能となる。例えば測定対象の粒子がイオンであれば、図１および図６に示すように、イオンビーム９の軌道と垂直に電界と磁界を同一方向にかけ、イオンの種類、イオンエネルギーに応じてイオンを偏向させ分離する既知のトムソン質量分析器７を偏向器として利用できる。また、測定対象の粒子が電子または陽電子であれば、図２０および図２１に示すように、電子または陽電子の軌道と垂直に磁界を発生させて粒子をエネルギーに応じた曲率半径で曲げて検出面２ａに入射させる既知の電子スペクトロメータ８を偏向器として利用できる。   As a fourth measure, a deflector that deflects particles by generating one or both of an electric field and a magnetic field is disposed between the pinhole portion 4 and the detection surface 2a, and the particles are separated according to energy. Separate particles by type. Depending on the value of the energy, specific charge, etc. of each particle, a difference occurs in the degree of deflection of the particle due to the electric field or magnetic field, and it becomes possible to separate the particles by energy or by particle type. For example, if the particle to be measured is an ion, as shown in FIGS. 1 and 6, an electric field and a magnetic field are applied in the same direction perpendicular to the trajectory of the ion beam 9, and the ion is deflected according to the ion type and ion energy. A known Thomson mass analyzer 7 to be separated can be used as a deflector. If the particle to be measured is an electron or a positron, as shown in FIGS. 20 and 21, a magnetic field is generated perpendicular to the orbit of the electron or positron, and the particle is bent at a radius of curvature corresponding to the energy. A known electron spectrometer 8 incident on 2a can be used as a deflector.

例えば本実施形態では、ターゲット１は固体であり、ターゲット１のレーザ照射面１ａとは反対側へ高エネルギー粒子を射出するものとしている。ターゲット１が固体である場合、ターゲット１が気体である場合に比べて、光学的なアライメントの調整が容易であり、ガスバルブ開閉のタイミングを計る必要がないためレーザと同期がとり易い。また、ターゲット１のレーザ照射面１ａとは反対側へ高エネルギー粒子を射出することで、ピンホール部４および検出手段２の配置が容易となる。また、計算条件および説明の簡単のために例えば本実施形態では、ターゲット１のレーザ照射面１ａと粒子発生面１ｂおよび検出手段２の検出面２ａは、平面且つ平行であるものとしている。   For example, in the present embodiment, the target 1 is solid, and high energy particles are emitted to the opposite side of the target 1 from the laser irradiation surface 1a. When the target 1 is solid, it is easier to adjust the optical alignment than when the target 1 is gas, and it is not necessary to measure the timing of opening and closing the gas valve, so that it is easy to synchronize with the laser. In addition, by injecting high-energy particles to the opposite side of the target 1 from the laser irradiation surface 1a, the pinhole portion 4 and the detection means 2 can be easily arranged. For the sake of simplicity of calculation conditions and explanation, for example, in this embodiment, the laser irradiation surface 1a of the target 1, the particle generation surface 1b, and the detection surface 2a of the detection means 2 are assumed to be flat and parallel.

図２に示すようにターゲット１上の粒子発生面１ｂ上に２次元の直交座標（ｘ、ｙ）をとり、ｘ−ｙ平面上の点（ｘ、ｙ）における単位面積あたりのエネルギーＥの発生粒子数、即ち点（ｘ、ｙ）において発生したエネルギーＥを有する粒子の密度をｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）と表す。また、検出面２ａ上に２次元の直交座標（Ｘ、Ｙ）をとり、Ｘ−Ｙ平面上の点（Ｘ、Ｙ）における単位面積あたりのエネルギーＥの検出粒子数、即ち点（Ｘ、Ｙ）において検出されたエネルギーＥを有する粒子の密度をｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）と表す。ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）は、ターゲット１上でのエネルギーＥの粒子密度分布のプロファイルであり、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）は、偏向器が無い場合の検出面２ａ上でのエネルギーＥの粒子密度分布のプロファイルである。尚、本実施形態では、計算条件および説明の簡単のために、ターゲット１上におけるレーザ照射領域の中心と、ｘ−ｙ平面の原点と、ピンホール３の中心と、Ｘ−Ｙ平面の原点とが、ｘ−ｙ平面に垂直な一直線上に並んでいるものとしている。また、ピンホール３の形状は半径ｒ_ｐｈの円形としている。 As shown in FIG. 2, two-dimensional orthogonal coordinates (x, y) are taken on the particle generation surface 1b on the target 1, and energy E per unit area is generated at a point (x, y) on the xy plane. The number of particles, that is, the density of particles having energy E generated at the point (x, y) is represented by f (x, y, E). Further, two-dimensional orthogonal coordinates (X, Y) are taken on the detection surface 2a, and the number of detected particles of energy E per unit area at the point (X, Y) on the XY plane, that is, the point (X, Y). ) Represents the density of particles having energy E detected in g) as g (X, Y, E). f (x, y, E) is a profile of the particle density distribution of energy E on the target 1, and g (X, Y, E) is energy E on the detection surface 2a when there is no deflector. Is a particle density distribution profile. In this embodiment, for simplicity of calculation conditions and explanation, the center of the laser irradiation region on the target 1, the origin of the xy plane, the center of the pinhole 3, and the origin of the XY plane Are arranged on a straight line perpendicular to the xy plane. The pinhole 3 has a circular shape with a radius _rph .

点源すなわちターゲット１上の点（ｘ、ｙ）から粒子が拡散する条件として、例えば本実施形態では、エネルギーＥを有する粒子の群が、点（ｘ、ｙ）からコーン角度θ_ｃ（出射角度θ_ｃまたは発散角度θ_ｃとも呼ぶ。）で拡散し、且つ当該コーン角度θ_ｃを頂点の角とする円錐の底面内で均一に分布していると、仮定する。ここで、図３に示すように、点（ｘ、ｙ）を頂点とし、コーン角度θ_ｃとする円錐についての、検出面２ａすなわちＸ−Ｙ平面上での底面の面積をＡとする。 As a condition for diffusing particles from a point source, that is, a point (x, y) on the target 1, for example, in this embodiment, a group of particles having energy E is changed from a point (x, y) to a cone angle θ _c (exit angle). It is assumed that it is diffused at θ _c or a divergence angle θ _c ) and is uniformly distributed within the bottom surface of the cone with the cone angle θ _c as the apex angle. Here, as shown in FIG. 3, and an apex point (x, y), of the cone and the cone angle theta _c, the area of the bottom surface on the detection surface 2a i.e. the X-Y plane and A.

粒子数の保存則から、点（ｘ、ｙ）における粒子の数と、面積Ａにおける粒子の数とは等しく、この粒子数の保存則に基き、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）とｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）とは次式の関係を有する。   From the conservation law of the number of particles, the number of particles at the point (x, y) is equal to the number of particles in the area A. Based on the conservation law of the number of particles, f (x, y, E) and g (X , Y, E) have the following relationship:

但し、ｌ_１はターゲット１の粒子発生面１ｂすなわちｘ−ｙ平面の原点とピンホール３の中心との距離であり、ｌ_２はピンホール３の中心と検出面２ａすなわちＸ−Ｙ平面の原点との距離である。π（（ｌ_１＋ｌ_２）ｔａｎθ_ｃ）^２は、図３に示す面積Ａを表している。ここで、ピンホール３の中心を原点とする三次元座標をとると、粒子発生面１ｂにおける座標は（ｘ，ｙ，−ｌ_１）で表され、検出面２ａにおける座標は（Ｘ，Ｙ，ｌ_２）で表され、（ｘ，ｙ，−ｌ_１）点と（Ｘ，Ｙ，ｌ_２）点との距離は、（（ｌ_１＋ｌ_２）^２＋（ｘ−Ｘ）^２＋（ｙ−Ｙ）^２）^１／２となる。このため、数式１における（ｌ_１＋ｌ_２）の部分は、本来は（（ｌ_１＋ｌ_２）^２＋（ｘ−Ｘ）^２＋（ｙ−Ｙ）^２）^１／２となる。但し、ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙは通常例えば１００μｍ程度のオーダであるのに対し、ｌ_１，ｌ_２は通常例えば１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度のオーダであり、（ｘ−Ｘ）^２＋（ｙ−Ｙ）^２は（ｌ_１＋ｌ_２）^２に比べて通常充分に小さく、（（ｌ_１＋ｌ_２）^２＋（ｘ−Ｘ）^２＋（ｙ−Ｙ）^２）^１／２≒（ｌ_１＋ｌ_２）の近似が成立する。 Here, l ₁ is the distance between the origin of the particle generation surface 1 b of the target 1, that is, the xy plane, and the center of the pinhole 3, and l ₂ is the origin of the pinhole 3 and the detection surface 2 a, that is, the XY plane. And the distance. π ((l ₁ + l ₂ ) tan θ _c ) ² represents the area A shown in FIG. Here, taking three-dimensional coordinates with the center of the pinhole 3 as the origin, the coordinates on the particle generation surface 1b are represented by (x, y, -l ₁ ), and the coordinates on the detection surface 2a are (X, Y, l ₂ ), and the distance between the (x, y, −l ₁ ) point and the (X, Y, l ₂ ) point is ((l ₁ + l ₂ ) ² + (x−X) ² + (y -Y) ² ) It becomes ^1/2 . For this reason, the part of (l ₁ + l ₂ ) in Equation 1 is originally ((l ₁ + l ₂ ) ² + (x−X) ² + (y−Y) ² ) ^1/2 . However, x, y, X, and Y are usually on the order of, for example, about 100 μm, whereas l ₁ and l ₂ are usually on the order of, for example, about 10 cm to 20 cm, and (x−X) ² + (y−Y ) ² is usually sufficiently smaller than (l ₁ + l ₂ ) ² and ((l ₁ + l ₂ ) ² + (x−X) ² + (y−Y) ² ) ^1/2 ≈ (l ₁ + l ₂ ) Holds.

数式１中のｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）は、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）を決める関数であり、ピンホール３の半径ｒ_ｐｈと、ピンホール３からターゲット１までの距離ｌ_１と、ピンホール３から検出面２ａまでの距離ｌ_２と、粒子の出射角度θ_ｃとによって決まる。 H (x, y, X, Y) in Equation 1 is a function that determines the starting point (x, y) of the particles that can reach the point (X, Y), and the radius r _ph of the pinhole 3; The distance l ₁ from the pinhole 3 to the target 1, the distance l 2 from the pinhole 3 to the detection surface _{2 a,} and the particle emission angle θ _c are determined.

点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）を決める第１の条件として、図４に示すように、ｘ−ｙ平面上の点とＸ−Ｙ平面上の点を結んだ直線がピンホール３を通過する必要がある。すなわち、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、ｘ−ｙ平面上において、（−（ｌ_１／ｌ_２）Ｘ，−（ｌ_１／ｌ_２）Ｙ）を中心とし、かつ半径ｒ’_ｐｈ＝ｒ_ｐｈ・（ｌ_１＋ｌ_２）／ｌ_２を有する円Ｃ１内の点に限られる。したがって、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、次式を満たすｘ−ｙ平面上の点に限られる。 As a first condition for determining the starting point (x, y) of a particle that can reach the point (X, Y), as shown in FIG. 4, a point on the xy plane and a point on the XY plane are The connected straight line needs to pass through the pinhole 3. That is, the starting point (x, y) of the particle that can reach the point (X, Y) is (− (l ₁ / l ₂ ) X, − (l ₁ / l ₂ ) Y on the xy plane. ) And the radius r ′ _ph = r _ph · (l ₁ + l ₂ ) / l ₂ . Therefore, the starting point (x, y) of the particles that can reach the point (X, Y) is limited to a point on the xy plane that satisfies the following expression.

＜数２＞
（ｘ＋（ｌ_１／ｌ_２）Ｘ）^２＋（ｙ＋（ｌ_１／ｌ_２）Ｙ）^２≦（ｒ_ｐｈ・（ｌ_１＋ｌ_２）／ｌ_２）^２ <Equation 2>
(X + (l ₁ / l ₂ ) X) ² + (y + (l ₁ / l ₂ ) Y) ² ≦ (r _ph · (l ₁ + l ₂ ) / l ₂ ) ²

さらに、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）を決める第２の条件として、例えば本実施形態の粒子拡散条件の下では、粒子は点（ｘ、ｙ）からコーン角度θ_ｃの範囲を超えてＸ−Ｙ平面へと飛んでくることはない。すなわち、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、図５に示すように、ｘ−ｙ平面上において、（Ｘ，Ｙ）を中心とし、かつ半径（ｌ_１＋ｌ_２）ｔａｎθ_ｃを有する円Ｃ２内の点に限られる。したがって、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、次式を満たすｘ−ｙ平面上の点に限られる。 Further, as a second condition for determining the starting point (x, y) of the particle that can reach the point (X, Y), for example, under the particle diffusion condition of the present embodiment, the particle starts from the point (x, y). does not exceed the range of the cone angle theta _c flies to the X-Y plane. That is, the starting point (x, y) of the particle that can reach the point (X, Y) is centered on (X, Y) and has a radius (l) on the xy plane, as shown in FIG. ₁ + l ₂ ) Limited to points in circle C2 with tan θ _c . Therefore, the starting point (x, y) of the particles that can reach the point (X, Y) is limited to a point on the xy plane that satisfies the following expression.

＜数３＞
（ｘ−Ｘ）^２＋（ｙ−Ｙ）^２≦（（ｌ_１＋ｌ_２）ｔａｎθ_ｃ）^２ <Equation 3>
(X−X) ² + (y−Y) ² ≦ ((l ₁ + l ₂ ) tan θ _c ) ²

上記第１及び第２の条件の双方が満たされる場合、すなわち数式２および数式３の双方が満たされる場合のみ、ｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）＝１となり、それ以外は、ｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）＝０となる。但し、（ｌ_１＋ｌ_２）ｔａｎθ_ｃのオーダはｘ、ｙ、Ｘ，Ｙのオーダに比べて通常充分に大きいので、第２の条件は常に満たされているとみなすことも可能である。 H (x, y, X, Y) = 1 only when both the first and second conditions are satisfied, that is, when both Equation 2 and Equation 3 are satisfied, otherwise h (x , Y, X, Y) = 0. However, since the order of (l ₁ + l ₂ ) tan θ _c is usually sufficiently larger than the order of x, y, X, and Y, it can be considered that the second condition is always satisfied.

レーザのフォーカス直径は通常数μｍ程度であり、粒子は上記フォーカス直径の数倍程度のターゲット１上の領域から発生するため、ターゲット１上での粒子発生領域は微小であって当該領域よりも充分に小さい口径を有するピンホール３の作製は困難で、上記のようにピンホール３の半径ｒ_ｐｈの大きさを考慮する必要が生じる。但し、ピンホール３が、ターゲット１上での粒子発生範囲よりも充分に小さい場合には、ピンホール３を点とみなすこと、すなわちｒ_ｐｈ≒０とみなすことが可能であり、数式１を次式のように単純化できる。 The focus diameter of the laser is usually about several μm, and the particles are generated from a region on the target 1 that is several times the focus diameter. Therefore, the particle generation region on the target 1 is very small and sufficiently larger than the region. It is difficult to manufacture the pinhole 3 having a small diameter, and it is necessary to consider the radius _rph of the pinhole 3 as described above. However, when the pinhole 3 is sufficiently smaller than the particle generation range on the target 1, the pinhole 3 can be regarded as a point, that is, r _{ph ≈0.} It can be simplified as an expression.

＜数４＞
ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）＝ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）／［π（（ｌ_１＋ｌ_２）ｔａｎθ_ｃ）^２］
但し、ｘ＝−（ｌ_１／ｌ_２）Ｘ，ｙ＝−（ｌ_１／ｌ_２）Ｙ <Equation 4>
g (X, Y, E) = f (x, y, E) / [π ((l ₁ + l ₂ ) tan θ _c ) ² ]
Where x = − (l ₁ / l ₂ ) X, y = − (l ₁ / l ₂ ) Y

即ちピンホール３の半径ｒ_ｐｈが小さいほど、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）が絞られて、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）はｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）をより鮮鋭に反映したものとなる。このため、ピンホール３の大きさはターゲット１上の粒子発生領域よりも小さいことが望ましい。但し、上記したように本実施形態ではピンホール３の半径ｒ_ｐｈの大きさを考慮してｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）とｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）との関係を定めているため、ピンホール３の大きさはターゲット１上の粒子発生領域と同程度もしくは若干大きくても構わない。 That is, as the radius _rph of the pinhole 3 is smaller, the starting point (x, y) of the particles that can reach the point (X, Y) is narrowed down, and g (X, Y, E) becomes f (x, y). , E) more clearly. For this reason, it is desirable that the size of the pinhole 3 is smaller than the particle generation region on the target 1. However, as described above, in the present embodiment, the relationship between g (X, Y, E) and f (x, y, E) is determined in consideration of the size of the radius _rph of the pinhole 3. The size of the pinhole 3 may be the same as or slightly larger than the particle generation region on the target 1.

ピンホール部４はピンホール３以外の部分では粒子が通過できない材質としている。粒子のエネルギーが高いほど透過できる遮蔽材の厚みが大きくなるため、ピンホール部４の厚みを単純に厚くすることで遮断性を向上できる。但し、ピンホール部４の厚みが大きくなると、ピンホール３を通過できる粒子の角度が制限され、ピンホール部４の厚みを考慮して上記のｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）を修正する必要が生じる。このため、ピンホール部４の厚みを大きくすることなく粒子を遮断できる高密度の材料、例えばタンタル、タングステン、鉛などを用いてピンホール部４を作製することが好ましい。尚、例えば１ＭｅＶ（メガ電子ボルト）以下のプロトンであれば、厚さ２５μｍのステンレスを用いて遮断できる。   The pinhole portion 4 is made of a material through which particles cannot pass in portions other than the pinhole 3. Since the thickness of the shielding material that can be transmitted increases as the energy of the particles increases, the shielding property can be improved by simply increasing the thickness of the pinhole portion 4. However, when the thickness of the pinhole portion 4 is increased, the angle of the particles that can pass through the pinhole 3 is limited, and the above h (x, y, X, Y) is corrected in consideration of the thickness of the pinhole portion 4. Need arises. For this reason, it is preferable to produce the pinhole part 4 using a high-density material that can block particles without increasing the thickness of the pinhole part 4, such as tantalum, tungsten, lead, or the like. For example, if the proton is 1 MeV (mega electron volt) or less, it can be blocked using stainless steel having a thickness of 25 μm.

ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）は、検出面２ａ上の位置（Ｘ，Ｙ）に入射した粒子数を測定する検出手段２を用いて測定することが可能である。尚、検出手段２は、粒子が衝突した検出面２ａをエッチングして、検出面２ａに形成されたエッチピットを解析者等が光学顕微鏡などを用いて観察し、点（Ｘ，Ｙ）におけるエッチピットをカウントすることによりｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求めるものであっても良く、点（Ｘ，Ｙ）に入射した粒子を自動検出し且つ自動カウントすることで自動的にｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求める装置であっても良い。尚、検出面２ａは一度にｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を測定できる大きさのものが好ましいが、一度にｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を測定できない場合には、例えば検出面２ａの位置を変えて同条件の下で複数回の測定を行うことでｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求めることも可能である。検出面２ａはターゲット１の極近辺に設置する必要は無いので、ターゲット１周囲の装置構成を簡素化できる。尚、検出面２ａにおける粒子分布の拡大率は、ターゲット１とピンホール３と検出面２ａとの位置関係によって決まるので、ピンホール３をターゲット１の近くに置き、検出面２ａをピンホール３から遠ざけることで、分解能を上げることができる。但し、検出面２ａをピンホール３から遠ざけすぎると、粒子の拡散により粒子のカウントが困難となるので、適宜調整することが好ましい。   g (X, Y, E) can be measured using the detection means 2 that measures the number of particles incident on the position (X, Y) on the detection surface 2a. The detection means 2 etches the detection surface 2a on which the particles collide, and an analyzer or the like observes the etch pit formed on the detection surface 2a using an optical microscope or the like, and etches at the point (X, Y). G (X, Y, E) may be obtained by counting pits, and g (X, Y, E) is automatically detected by automatically detecting and automatically counting particles incident on the point (X, Y). A device for obtaining Y, E) may be used. The detection surface 2a is preferably of a size that can measure g (X, Y, E) at a time, but when g (X, Y, E) cannot be measured at a time, for example, the position of the detection surface 2a It is also possible to obtain g (X, Y, E) by performing measurement a plurality of times under the same conditions while changing. Since it is not necessary to install the detection surface 2a in the immediate vicinity of the target 1, the apparatus configuration around the target 1 can be simplified. Note that the enlargement ratio of the particle distribution on the detection surface 2 a is determined by the positional relationship between the target 1, the pinhole 3 and the detection surface 2 a, so that the pinhole 3 is placed near the target 1 and the detection surface 2 a is moved from the pinhole 3. The resolution can be increased by keeping it away. However, if the detection surface 2a is too far away from the pinhole 3, it is difficult to count particles due to particle diffusion.

測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）から、数式１または数式４に基づいて、ターゲット１上での粒子密度分布ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求めることが可能である。ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）の実測値をｇ_ｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）と表記する。例えば本実施形態では、ｇ_ｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に基づいて、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を次のように求める。即ち、関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を予め仮定し、当該仮定したｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を数式１に代入してｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を算出する。当該算出されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）の理論値をｇ_ｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）と表記する。そして、ｇ_ｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）がｇ_ｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に最もフィットするように、仮定した関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を修正する。 From the measured g (X, Y, E), the particle density distribution f (x, y, E) on the target 1 can be obtained based on Equation 1 or Equation 4. The measured value of g (X, Y, E) is expressed as g _exp (X, Y, E). For example, in the present embodiment, f (x, y, E) is obtained as follows based on g _exp (X, Y, E). That is, the function f (x, y, E) is assumed in advance, and the assumed f (x, y, E) is substituted into Equation 1 to calculate g (X, Y, E). The calculated theoretical value of g (X, Y, E) is expressed as g _th (X, Y, E). Then, the assumed function f (x, y, E) is corrected so that g _th (X, Y, E) fits best to g _exp (X, Y, E).

具体的には、例えばｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）として、次式で表される２次元のガウス分布を仮定する。レーザ光線５ａが照射されることで高エネルギー粒子を発生するターゲット１を粒子源とする本実施形態においては、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）はレーザ光線５ａの強度分布と強い相関関係があると考えられ、レーザ光線５ａの強度分布は一般にガウス分布で表されるからである。   Specifically, for example, a two-dimensional Gaussian distribution represented by the following equation is assumed as f (x, y, E). In the present embodiment in which the target 1 that generates high-energy particles when irradiated with the laser beam 5a is used as the particle source, f (x, y, E) has a strong correlation with the intensity distribution of the laser beam 5a. This is because the intensity distribution of the laser beam 5a is generally expressed by a Gaussian distribution.

＜数５＞
ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）＝ａ（Ｅ）・ｅｘｐ（−（ｘ^２＋ｙ^２）／ｂ（Ｅ）^２） <Equation 5>
f (x, y, E) = a (E) · exp (− (x ² + y ² ) / b (E) ² )

そして、数式１，数式５を用いてｇ_ｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求めるとともに、ｇ_ｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を測定し、次式が最小となるように、数式５中の係数ａ（Ｅ），ｂ（Ｅ）を決定する。これにより、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求める。 Then, g _th (X, Y, E) is obtained using Equations 1 and 5, g _exp (X, Y, E) is measured, and the coefficient in Equation 5 is set so that the following equation is minimized. a (E) and b (E) are determined. Thereby, f (x, y, E) is obtained.

＜数６＞
Σ（（ｇ_ｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）−ｇ_ｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ））^２）^１／２ <Equation 6>
Σ ((g _th (X, Y, E) −g _exp (X, Y, E)) ² ) ^1/2

但し、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を導出する方法は、必ずしも上記例に限定されるものではない。例えばコンピュータを使用した数値解析によりデコンボリューション（deconvolution）を行い、測定されたｇ_ｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に基づいて数式１の積分方程式を解いてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を直接求めても良い。 However, the method of deriving f (x, y, E) is not necessarily limited to the above example. For example, deconvolution is performed by numerical analysis using a computer, and the integral equation of Equation 1 is solved based on the measured g _exp (X, Y, E) to directly obtain f (x, y, E). May be.

ここで、エネルギー分別手段を用いない場合、点（Ｘ，Ｙ）で検出される粒子数は、全てのエネルギーの粒子を含み、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ａｌｌ）と表される。Ｅ_ａｌｌは全てのエネルギーの粒子を含むことを意味している。測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ａｌｌ）から上記原理に基づいてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ_ａｌｌ）を求めることができる。 Here, when the energy separation means is not used, the number of particles detected at the point (X, Y) includes particles of all energies and is expressed as g (X, Y, E _all ). E _all means to include particles of all energies. From the measured g (X, Y, E _all ), f (x, y, E _all ) can be obtained based on the above principle.

一方、エネルギー分別手段として、例えばエネルギーＥ_ｃ以下の低エネルギー粒子を透過させないエネルギーフィルタ６を用いる場合、点（Ｘ，Ｙ）で検出される粒子数は、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ_ｃ）と表される。測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ_ｃ）から上記原理に基づいてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ＞Ｅ_ｃ）を求めることができる。 On the other hand, when the energy filter 6 that does not transmit low energy particles having energy E _c or less is used as the energy separation means, the number of particles detected at the point (X, Y) is g (X, Y, E> E _c ). Based on the above principle, f (x, y, E> E _c ) can be obtained from the measured g (X, Y, E> E _c ).

さらに、あるエネルギー幅の範囲でｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を得るには、複数種のエネルギーフィルターを用いて測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）の差分を取ることで可能である。例えばエネルギーＥ_１以下の粒子を透過させないエネルギーフィルタ６を用いてｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ_１）を測定する。また、エネルギーＥ_２以下の粒子を透過させないエネルギーフィルタ６を用いてｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ_２）を測定する。但し、Ｅ_１＜Ｅ_２とする。ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ_１）からｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ_２）を差し引くと、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_１＜Ｅ＜Ｅ_２）を得ることができる。得られたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_１＜Ｅ＜Ｅ_２）から上記原理に基づいてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ_１＜Ｅ＜Ｅ_２）を求めることができる。 Furthermore, g (X, Y, E) can be obtained within a certain energy range by taking the difference of g (X, Y, E) measured using a plurality of types of energy filters. For example, g (X, Y, E> E ₁ ) is measured using an energy filter 6 that does not transmit particles having energy E ₁ or less. Further, g (X, Y, E> E ₂ ) is measured using an energy filter 6 that does not transmit particles having energy E ₂ or less. _However, the _E 1 <E _2. g (X, Y, E> E 1) from the g (X, Y, E> E 2) is subtracted, it is possible to obtain _{g (X, Y, E 1} <E <E 2) a. From the obtained g (X, Y, E ₁ <E <E ₂ ), f (x, y, E ₁ <E <E ₂ ) can be obtained based on the above principle.

次に、測定対象の粒子をイオンとし、偏向器としてトムソン質量分析器７を用いて粒子を偏向させる場合について図６〜図９を用いて説明する。トムソン質量分析器７は、イオンが電場と磁場により偏向する性質を利用して、イオンの種類とエネルギーを計測するもので、イオンビーム９の軌道と垂直に電界と磁界を同一方向にかけ、イオンの種類、イオンエネルギーに応じてイオンを偏向させる。図６中の符号１０が上記磁界を発生させる磁石を示し、符号１１が上記電界を発生させる電極を示す。電荷ｅと質量ｍの比ｅ／ｍ、すなわち比電荷が同じイオンの飛跡は、検出面２ａ上で同一の放物曲線を描く。従って、比電荷が異なれば検出面２ａ上の放物曲線も異なり、比電荷の異なるイオンが分離される。理論放物曲線（トムソンパラボラ）は下記式で与えられる。   Next, the case where the particles to be measured are ions and the particles are deflected using the Thomson mass spectrometer 7 as a deflector will be described with reference to FIGS. The Thomson mass spectrometer 7 measures the type and energy of ions by utilizing the property that ions are deflected by an electric field and a magnetic field. The Thomson mass spectrometer 7 applies an electric field and a magnetic field in the same direction perpendicular to the trajectory of the ion beam 9. Ions are deflected according to the type and ion energy. Reference numeral 10 in FIG. 6 denotes a magnet that generates the magnetic field, and reference numeral 11 denotes an electrode that generates the electric field. The ratio e / m between the charge e and the mass m, that is, the tracks of ions having the same specific charge draw the same parabolic curve on the detection surface 2a. Therefore, if the specific charge is different, the parabolic curve on the detection surface 2a is also different, and ions having different specific charges are separated. The theoretical parabolic curve (Thomson parabola) is given by

＜数７＞
Ｙ＝（（Ｋ・ｍ_ｉ・Ｕ）／（Ｚ_ｉ・Ｂ^２））・Ｘ^２ <Equation 7>
Y = ((K · m _i · U) / (Z _i · B ² )) · X ²

ただし、Ｋは、図６に示す偏向長ｌおよび電極間のギャップ長ｄおよび電界および磁界の中心から検出面２ａまでの距離Ｄで決まる幾何学的係数である。また、ｍ_ｉはイオン質量、Ｚ_ｉはイオン価数、Ｕは電極間電圧、Ｂは磁場の強さである。 However, K is a geometric coefficient determined by the deflection length l, the gap length d between the electrodes, and the distance D from the center of the electric and magnetic fields to the detection surface 2a shown in FIG. M _i is the ion mass, Z _i is the ion valence, U is the voltage between the electrodes, and B is the strength of the magnetic field.

トムソン質量分析器７による粒子の転送先の座標は、粒子が有するエネルギーＥによって決まる。例えば（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）に到達すべきであった粒子は、トムソン質量分析器７によりＸ＝ｋ_ＸＥ^−１／２，Ｙ＝ｋ_Ｙ／Ｅに転送される。ｋ_Ｘ，ｋ_Ｙはトムソン質量分析器７の条件によって決まる定数である。トムソン質量分析器７では、エネルギーＥの高いイオンほど電場および磁場に偏向され難く、原点の近くに到達し、エネルギーの低いイオンほど原点から離れた点に到達する。点（ｋ_Ｘ・Ｅ^−１／２，ｋ_Ｙ／Ｅ）を（Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ）とする。従って、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）を中心として分布するはずであったエネルギーＥの粒子は、トムソン質量分析器７により、（Ｘ，Ｙ）＝（ｋ_Ｘ・Ｅ^−１／２，ｋ_Ｙ／Ｅ）＝（Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ）を中心とする分布に転送される。例えば（Ｘ_１，Ｙ_１）にあったエネルギーＥの粒子は、（Ｘ_１＋Ｘ_Ｅ，Ｙ_１＋Ｙ_Ｅ）に転送される。測定対象のエネルギーＥにより定まる点（Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ）＝（ｋ_Ｘ・Ｅ^−１／２，ｋ_Ｙ／Ｅ）を原点として直交座標（Ｘ’，Ｙ’）をとる。 The coordinates of the transfer destination of the particles by the Thomson mass spectrometer 7 are determined by the energy E that the particles have. For example, particles that should have reached (X, Y) = (0, 0) are transferred by the Thomson mass analyzer 7 to X = k _X E ^−1/2 , Y = k _Y / E. k _X and k _Y are constants determined by the conditions of the Thomson mass spectrometer 7. In the Thomson mass spectrometer 7, ions with higher energy E are less likely to be deflected to an electric field and magnetic field, and reach near the origin, and ions with lower energy reach a point away from the origin. Point ^{_{(k X · E -1/2, k}} Y / E) and _(X E, _{Y E)} and. Therefore, particles of energy E that should have been distributed around (X, Y) = (0, 0) are converted into (X, Y) = (k _X · E ^−1/2 ) by the Thomson mass analyzer 7. , K _Y / E) = (X _E , Y _E ). For example particles of _(X 1, _{Y 1)} to a energy E _is transferred to _{(X 1 + X E, Y} 1 + Y E). Orthogonal coordinates (X ′, Y ′) are taken with the point (X _E , Y _E ) = (k _X · E ^−1/2 , k _Y / E) determined by the energy E to be measured as the origin.

図７の符号３０は、あるエネルギーＥ_ｏを有する粒子密度分布ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ）がトムソン質量分析器７により（Ｘ_Ｅｏ，Ｙ_Ｅｏ）を中心とする分布ｇ（Ｘ’，Ｙ’，Ｅ_ｏ）に転送された様子を示す。一方、符号３１はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ＋ｄＥ）が（Ｘ_{Ｅｏ＋ｄＥ}，Ｙ_{Ｅｏ＋ｄＥ}）を中心とする分布に転送された様子を示し、符号３２はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ＋２ｄＥ）が（Ｘ_{Ｅｏ＋２ｄＥ}，Ｙ_{Ｅｏ＋２ｄＥ}）を中心とする分布に転送された様子を示し、符号３３はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ−ｄＥ）が（Ｘ_{Ｅｏ−ｄＥ}，Ｙ_{Ｅｏ−ｄＥ}）を中心とする分布に転送された様子を示し、符号３４はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ−２ｄＥ）が（Ｘ_{Ｅｏ−２ｄＥ}，Ｙ_{Ｅｏ−２ｄＥ}）を中心とする分布に転送された様子を示す。同図７に示すように、ｇ（Ｘ’，Ｙ’，Ｅ_ｏ）に対して、エネルギー差が微小な粒子密度分布ｇ（Ｘ’，Ｙ’，Ｅ_ｏ±ΔＥ）が重なる。検出面２ａ上の位置（Ｘ’、Ｙ’）において実際に検出される粒子密度分布をｇ’（Ｘ’，Ｙ’，Ｅ）とすると、このｇ’（Ｘ’，Ｙ’，Ｅ）にはエネルギーＥ_ｏ±ΔＥの粒子の影響も含まれている。 Reference numeral 30 in FIG. 7 indicates that a particle density distribution g (X, Y, E _o ) having a certain energy E _o is a distribution g (X ′, Y _Eo ) centered on (X _Eo , Y _Eo ) by the Thomson mass analyzer 7. ', E _o ). On the other hand, reference numeral 31 indicates a state in which g (X, Y, E _o + dE) is transferred to a distribution centered at (X _{Eo + dE} , Y _{Eo + dE} ), and reference numeral 32 indicates g (X, Y, E _o + 2dE). A state of being transferred to a distribution centered on (X _{Eo + 2dE} , Y _{Eo + 2dE} ) is shown. Reference numeral 33 denotes g (X, Y, E _o -dE) centered on (X _Eo-dE , Y _Eo-dE ). Reference numeral 34 indicates a state in which g (X, Y, E _o −2dE) is transferred to a distribution centered on (X _Eo−2dE , Y _Eo−2dE ). As shown in FIG. 7, g (X ', Y ', E o) with respect to the energy difference is small particle density distribution g (X ', Y', E o ± ΔE) overlap. If the particle density distribution actually detected at the position (X ′, Y ′) on the detection surface 2a is g ′ (X ′, Y ′, E), this g ′ (X ′, Y ′, E) Includes the influence of particles of energy E _o ± ΔE.

測定対象のエネルギーＥ_ｏに基づいて、Ｘ＝Ｘ_Ｅｏ＝ｋ_ＸＥ_ｏ ^−１／２となる位置にＸ’＝０をとり、Ｘ’＝０に固定して測定されるｇ’（Ｙ’，Ｅ_ｏ）は、次式で表される。 Based on the energy E _o to be measured, g ′ (Y ′) is measured by taking X ′ = 0 at a position where X = X _Eo = k _X E _o ^−1/2 and fixing X ′ = 0. , E _o ) is expressed by the following equation.

＜数８＞
ｇ’（Ｙ’，Ｅ_ｏ）＝ｇ（０，Ｙ’−Ｙ_Ｅｏ，Ｅ_ｏ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ＋ｄＥ}，Ｙ’−Ｙ_Ｅｏ−Ｙ_{Ｅｏ＋ｄＥ}，Ｅ_ｏ＋ｄＥ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ−ｄＥ}，Ｙ’−Ｙ_Ｅｏ−Ｙ_{Ｅｏ−ｄＥ}，Ｅ_ｏ−ｄＥ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ＋２ｄＥ}，Ｙ’−Ｙ_Ｅｏ−Ｙ_{Ｅｏ＋２ｄＥ}，Ｅ_ｏ＋２ｄＥ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ−２ｄＥ}，Ｙ’−Ｙ_Ｅｏ−Ｙ_{Ｅｏ−２ｄＥ}，Ｅ_ｏ−２ｄＥ）
・・・ <Equation 8>
g ′ (Y ′, E _o ) = g (0, Y′−Y _Eo , E _o )
_{+ G (X Eo -X Eo +} dE, Y'-Y Eo -Y Eo + dE, E o + dE)
_{+ G (X Eo -X Eo-} dE, Y'-Y Eo -Y Eo-dE, E o -dE)
_{+ G (X Eo -X Eo +} 2dE, Y'-Y Eo -Y Eo + 2dE, E o + 2dE)
_{+ G (X Eo -X Eo-} 2dE, Y'-Y Eo -Y Eo-2dE, E o -2dE)
...

エネルギーＥ_ｏ±ΔＥの粒子からの影響を単純化するため、例えば本実施形態では、ｋ_Ｙを小さく、ｋ_Ｘを大きくする。ｋ_Ｙを小さくするには、例えばトムソン質量分析器７に加える電圧を小さくすることで対応できる。ｋ_Ｘを大きくするには、例えばトムソン質量分析器７に加える磁場を大きくすることで対応できる。 In order to simplify the influence of the energy E _o ± ΔE from the particles, for example, in this embodiment, k _Y is decreased and k _X is increased. For example, k _Y can be reduced by reducing the voltage applied to the Thomson mass spectrometer 7. To increase the k _X, for example it may be dealt with by increasing the magnetic field applied to the Thomson mass analyzer 7.

ｋ_Ｙが充分に小さい場合、Ｙ方向への粒子偏向は殆んど行われないため、Ｙ_Ｅ≒０，Ｙ’≒Ｙとなり、エネルギーＥ_ｏ±ΔＥの粒子からの影響は、図８に示すように、Ｘ方向の重なりのみを考慮すれば良い。さらに、ｋ_Ｘが充分に大きい場合、エネルギー分別が充分に行われているとみなすことができ、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）のエネルギー依存性も緩やかとなって、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ）≒ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ±ΔＥ）の近似が成り立つ。すると、図９に示すように、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ｏ）がＸ方向に微小範囲ずつずれながら重なり合って並んでいると見なすことができ、数式８は次式で近似できる。 When k _Y is sufficiently small, particle deflection in the Y direction is hardly performed, so that Y _E ≈0, Y′≈Y, and the influence of the energy E _o ± ΔE from the particle is shown in FIG. Thus, only the overlap in the X direction needs to be considered. Furthermore, when k _X is sufficiently large, it can be considered that energy separation is sufficiently performed, and the energy dependence of g (X, Y, E) becomes moderate, and g (X, Y, E). _o ) ≈g (X, Y, E _o ± ΔE). Then, as shown in FIG. 9, g (X, Y, E _o ) can be regarded as being overlapped while being shifted by a small range in the X direction, and Equation 8 can be approximated by the following equation.

＜数９＞
ｇ’（Ｙ’，Ｅ_ｏ）≒ｇ（０，Ｙ’，Ｅ_ｏ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ＋ｄＥ}，Ｙ’，Ｅ_ｏ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ−ｄＥ}，Ｙ’，Ｅ_ｏ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ＋２ｄＥ}，Ｙ’，Ｅ_ｏ）
＋ｇ（Ｘ_Ｅｏ−Ｘ_{Ｅｏ−２ｄＥ}，Ｙ’，Ｅ_ｏ） ・・・
≒ｇ（０，Ｙ’，Ｅ_ｏ）ｄＸ
＋ｇ（±ｄＸ，Ｙ’，Ｅ_ｏ）ｄＸ
＋ｇ（±２ｄＸ，Ｙ’，Ｅ_ｏ）ｄＸ ・・・ <Equation 9>
g ′ (Y ′, E _o ) ≈g (0, Y ′, E _o )
_{+ G (X Eo -X Eo +} dE, Y ', E o)
_{+ G (X Eo -X Eo-} dE, Y ', E o)
_{+ G (X Eo -X Eo +} 2dE, Y ', E o)
_{+ G (X Eo -X Eo-} 2dE, Y ', E o) ···
_{≒ g (0, Y ',} E o) dX
+ G (± dX, Y ′, E _o ) dX
+ G (± 2dX, Y ′, E _o ) dX...

つまり、ｇ’（Ｙ’，Ｅ_ｏ）は、次式に示すように、ｇ（Ｘ，Ｙ’，Ｅ_ｏ）をＸ方向に積分したものに相当する。但し、数式１０中の積分範囲−ΔＸ，ΔＸは、ｇ（Ｘ，Ｙ’，Ｅ）＞０となるＸの範囲である。 That is, g ′ (Y ′, E _o ) corresponds to an integral of g (X, Y ′, E _o ) in the X direction as shown in the following equation. However, the integration ranges −ΔX and ΔX in Expression 10 are ranges of X that satisfy g (X, Y ′, E)> 0.

尚、測定しようとするエネルギーＥのＸ方向の幅、即ちＸ_Ｅの間隔は通常数ｍｍ〜数ｃｍ程度のオーダであるのに対して、各測定対象のエネルギーＥについてのｇ（Ｘ，Ｙ’，Ｅ）＞０となるＸの範囲±ΔＸは、２００μｍ程度のオーダであり、−ΔＸ＝−∞，ΔＸ＝∞として良い。数式１０により求められるｇ’（Ｙ’，Ｅ）は、検出面上の点（Ｘ’，Ｙ’）≒（Ｘ_Ｅ，Ｙ）における粒子の線密度を表す。 Incidentally, X-direction width of the energy E to be measured, i.e. while the interval X _E is on the order of ordinary number mm~ about several cm, g of the energy E of each measurement target (X, Y ' , E)> X range ± ΔX where> 0 is on the order of about 200 μm, and may be −ΔX = −∞ and ΔX = ∞. G ′ (Y ′, E) obtained by Expression 10 represents the linear density of particles at a point (X ′, Y ′) ≈ (X _E , Y) on the detection surface.

測定しようとするイオンの理論放物曲線に合致する或いは略一致する検出面２ａ上の軌跡に対し、測定しようとするエネルギーＥに対応するＸ’＝０の位置を定め、当該定めたＸ’＝０の位置における各Ｙ’の粒子数を求めることで、ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の実測値を得ることができる。ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の実測値をｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）と表記する。 The position of X ′ = 0 corresponding to the energy E to be measured is determined with respect to the locus on the detection surface 2a that matches or substantially matches the theoretical parabolic curve of the ion to be measured, and the determined X ′ = By determining the number of particles of each Y ′ at the 0 position, an actual measurement value of g ′ (Y ′, E) can be obtained. An actual measurement value of g ′ (Y ′, E) is expressed as g ′ _exp (Y ′, E).

例えば本実施形態では、ｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）に基づいて、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を次のように求める。即ち、関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を予め仮定し、当該仮定したｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を数式１に代入してｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求め、さらに当該求めたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を数式１０に代入してｇ’（Ｙ’，Ｅ）の理論値を算出する。ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の理論値をｇ’_ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）と表記する。そして、ｇ’_ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）がｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）に最もフィットするように、仮定した関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を修正する。 For example, in the present embodiment, f (x, y, E) is obtained as follows based on g ′ _exp (Y ′, E). That is, assuming the function f (x, y, E) in advance, substituting the assumed f (x, y, E) into Equation 1 to obtain g (X, Y, E), and further obtaining the obtained g Substituting (X, Y, E) into Equation 10 to calculate the theoretical value of g ′ (Y ′, E). The theoretical value of g ′ (Y ′, E) is expressed as g ′ _th (Y ′, E). Then, the assumed function f (x, y, E) is corrected so that g ′ _th (Y ′, E) best fits g ′ _exp (Y ′, E).

具体的には、例えばｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）として、数式５で表される２次元のガウス分布を仮定する。そして、数式１，数式１０，数式５を用いてｇ’_ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）を求めるとともに、ｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）を測定し、次式が最小となるように、数式５中の係数ａ（Ｅ），ｂ（Ｅ）を決定する。これにより、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求める。 Specifically, for example, a two-dimensional Gaussian distribution represented by Formula 5 is assumed as f (x, y, E). Then, g ′ _th (Y ′, E) is obtained using Equation 1, Equation 10, and Equation 5, g ′ _exp (Y ′, E) is measured, and Equation 5 is obtained so that the following equation is minimized. The coefficients a (E) and b (E) are determined. Thereby, f (x, y, E) is obtained.

＜数１１＞
Σ（（ｇ’_ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）−ｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ））^２）^１／２ <Equation 11>
Σ ((g ′ _th (Y ′, E) −g ′ _exp (Y ′, E)) ² ) ^1/2

但し、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を導出する方法は、必ずしも上記例に限定されるものではない。例えばコンピュータを使用した数値解析によりデコンボリューション（deconvolution）を行い、測定されたｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）に基づいて数式１０の積分方程式を解いてｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求め、さらに当該求めたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に基づいて数式１の積分方程式を解いてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求めても良い。 However, the method of deriving f (x, y, E) is not necessarily limited to the above example. For example, deconvolution is performed by numerical analysis using a computer, and g (X, Y, E) is obtained by solving the integral equation of Equation 10 based on the measured g ′ _exp (Y ′, E). Further, f (x, y, E) may be obtained by solving the integral equation of Equation 1 based on the obtained g (X, Y, E).

ここで、ターゲット１から複数種のイオンが発生する場合、ｋ_Ｙを小さくしてＹ方向への粒子偏向を小さくするにあたり、検出面２ａ上で異種のイオン軌跡が重なってしまうと、測定対象のイオンのｇ'（Ｙ'，Ｅ）に他種のイオンの影響が含まれてしまう。これを回避するために、ピンホール３をできるだけ小さくすることが好ましい。ピンホール３を小さくすることで、検出面２ａ上の各イオンの軌跡が細くなり、他のイオン軌跡と重ならないようにできる。また、トムソン質量分析器７から検出面２ａまでの距離Ｄを長くすることが好ましい。距離Ｄを長くすることで、検出面２ａ上でのイオン軌跡が拡大され、各イオン間の軌跡の違いを明確にできる。これにより、ｋ_Ｙを小さくしつつイオン分離を良好に行える。 Here, when a plurality of types of ions are generated from the target 1, if different kinds of ion trajectories overlap on the detection surface 2 a when k _Y is reduced to reduce particle deflection in the Y direction, The influence of other types of ions is included in the ion g ′ (Y ′, E). In order to avoid this, it is preferable to make the pinhole 3 as small as possible. By making the pinhole 3 small, the trajectory of each ion on the detection surface 2a becomes narrow and can be prevented from overlapping with other ion trajectories. In addition, it is preferable to increase the distance D from the Thomson mass spectrometer 7 to the detection surface 2a. By increasing the distance D, the ion trajectory on the detection surface 2a is enlarged, and the trajectory difference between the ions can be clarified. Thus, favorably perform the ion separation while reducing the k _Y.

尚、上記の例では、Ｅ_ｏ±ΔＥの影響を単純化するために、ｋ_Ｙを小さく、ｋ_Ｘを大きくしたが、逆に、ｋ_Ｘを小さくし、ｋ_Ｙを大きくしても良い。この場合は、Ｅ_ｏ±ΔＥの影響は、Ｙ方向の重なりのみを考慮すれば良くなり、数式１０の代わりに次式を用い、ｇ'（Ｘ’，Ｅ）を測定し、上記と同様にｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求める。−ΔＹ，ΔＹは、ｇ（Ｘ’，Ｙ，Ｅ）＞０となるＹの範囲である。
In the above example, in order to simplify the influence of E _o ± ΔE, k _Y is decreased and k _X is increased, but conversely, k _X may be decreased and k _Y may be increased. In this case, the influence of E _o ± ΔE only needs to consider the overlap in the Y direction, and g ′ (X ′, E) is measured by using the following equation instead of Equation 10 and the same as described above. Find f (x, y, E). -ΔY, ΔY is a range of Y in which g (X ′, Y, E)> 0.

次に、測定対象の粒子を電子とし、偏向器として電子スペクトロメータ８を用いて粒子を偏向させる場合について図２０および図２１を用いて説明する。電子スペクトロメータ８では、磁石１３により電子ビーム２１の軌道と垂直に磁場を発生させる。ピンホール３を通過した電子は磁石１３によりエネルギーに応じた曲率半径で曲げられて、例えば検出面２ａとしてのイメージングプレートに入射する。エネルギーＥの高い電子ほど大きいカーブを描いて検出面２ａに入射する。検出面２ａ上に２次元の直交座標（Ｘ，Ｙ），（Ｘ’，Ｙ’）をとり、電子の軌道および磁場の向きに直交する方向にＸ軸，Ｘ’軸をとる。この場合、測定しようとするエネルギーＥの値に対応してＸ＝Ｘ_ＥすなわちＸ’＝０の位置が定まる。イメージングプレートのＹ’方向の信号強度分布が先に述べたトムソン質量分析器７のイオン強度分布ｇ’（Ｙ’，Ｅ）に対応する。電子スペクトロメータ８ではＹ’方向への粒子偏向は行われないため、数式１０をそのまま利用できる。即ち、測定しようとするエネルギーＥの値に対応して定まるＸ’＝０の位置における各Ｙ’の粒子数を求めることで、ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の実測値を得ることができる。得られたｇ’（Ｙ’，Ｅ）に基づいて、トムソン質量分析器７の場合と同様にｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求めることができる。尚、測定対象の粒子が陽電子の場合は、曲げられる方向が電子と逆向きになるだけなので、例えば磁場の向きを逆転させることにより、測定可能である。尚、図２１中の矢印Ｂは、測定対象の粒子が電子の場合の磁場の向きを示している。 Next, the case where the particles to be measured are electrons and the particles are deflected using the electron spectrometer 8 as a deflector will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. In the electron spectrometer 8, a magnet 13 generates a magnetic field perpendicular to the trajectory of the electron beam 21. Electrons that have passed through the pinhole 3 are bent by a magnet 13 with a radius of curvature corresponding to the energy, and enter, for example, an imaging plate as the detection surface 2a. An electron with higher energy E draws a larger curve and enters the detection surface 2a. Two-dimensional orthogonal coordinates (X, Y), (X ′, Y ′) are taken on the detection surface 2a, and the X axis and the X ′ axis are taken in a direction perpendicular to the electron trajectory and the magnetic field direction. In this case, the position of X = X _E, that is, X ′ = 0 is determined corresponding to the value of energy E to be measured. The signal intensity distribution in the Y ′ direction of the imaging plate corresponds to the ion intensity distribution g ′ (Y ′, E) of the Thomson mass spectrometer 7 described above. Since the electron spectrometer 8 does not perform particle deflection in the Y ′ direction, Equation 10 can be used as it is. That is, the actual value of g ′ (Y ′, E) can be obtained by obtaining the number of Y ′ particles at the position of X ′ = 0 determined corresponding to the value of energy E to be measured. Based on the obtained g ′ (Y ′, E), f (x, y, E) can be obtained as in the case of the Thomson mass spectrometer 7. In addition, when the particle to be measured is a positron, the bending direction is merely opposite to that of the electron, so that measurement can be performed by reversing the direction of the magnetic field, for example. Note that an arrow B in FIG. 21 indicates the direction of the magnetic field when the particle to be measured is an electron.

以上に説明した粒子分布の評価方法は、例えば図１や図２０に示すように、粒子分布評価装置として装置化することが可能である。この粒子分布評価装置は、粒子源１より粒子を発生させる粒子発生手段１４と、粒子が入射する検出面２ａを有し当該検出面２ａ上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段２と、粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホール３が形成されて成り粒子源１と検出手段２との間に配置されるピンホール部４と、粒子源１の粒子発生領域を構成する各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホール３を通過して検出面２ａに到達する条件とに基づいて、検出手段２の測定結果から、粒子源１における点源から拡散した粒子数を算出する図示しない演算手段とを備えている。当該演算手段には、例えば既存のコンピュータシステムを利用して良い。図１はトムソン質量分析器７を備えた例を示し、図２０は電子スペクトロメータ８を備えた例を示す。   The particle distribution evaluation method described above can be implemented as a particle distribution evaluation apparatus as shown in FIGS. 1 and 20, for example. This particle distribution evaluation apparatus includes a particle generation unit 14 that generates particles from the particle source 1, a detection surface 2a on which particles are incident, and a position where the particles are incident on the detection surface 2a and the number of particles that are incident on the position. Detection means 2, a pinhole 3 formed in a shielding material that blocks the passage of particles, a pinhole portion 4 disposed between the particle source 1 and the detection means 2, and particle generation of the particle source 1 From the measurement results of the detection means 2 based on the conditions under which particles diffuse from each point source constituting the region and the conditions in which particles starting from the point source pass through the pinhole 3 and reach the detection surface 2a, A calculation means (not shown) for calculating the number of particles diffused from the point source in the source 1 is provided. For the calculation means, for example, an existing computer system may be used. FIG. 1 shows an example equipped with a Thomson mass spectrometer 7, and FIG. 20 shows an example equipped with an electron spectrometer 8.

粒子発生手段１４は、ターゲット１と、瞬間的な照射でターゲット１の電離が可能なエネルギーのレーザ光線５ａをターゲット１に瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段５を備えている。例えば本実施形態では、反射ミラー１５，１６によりレーザ光線５ａを放物面ミラー１７に導き、放物面ミラー１７によりレーザ光線５ａをターゲット１に集光させるようにしている。   The particle generation means 14 includes a target 1 and laser beam irradiation means 5 for generating high energy particles by instantaneously irradiating the target 1 with a laser beam 5a having an energy capable of ionizing the target 1 by instantaneous irradiation. ing. For example, in the present embodiment, the laser beam 5 a is guided to the parabolic mirror 17 by the reflecting mirrors 15 and 16, and the laser beam 5 a is condensed on the target 1 by the parabolic mirror 17.

ここで、粒子源としてのターゲット１およびピンホール部４および検出手段２は、真空中に配置することが好ましい。真空でない場合、粒子の平均自由行程が短くなり、散乱の影響などにより粒子分布評価の精度が下がるおそれがあるからである。このため本実施形態では、ターゲット１およびピンホール部４および検出手段２を真空容器１８の中に収容するようにしている。尚、図１および図２０中の符号２０はターゲット１を保持する支持台である。   Here, it is preferable that the target 1, the pinhole part 4, and the detection means 2 as a particle source are arranged in a vacuum. This is because if the vacuum is not applied, the mean free path of the particles becomes short, and the accuracy of particle distribution evaluation may be lowered due to the influence of scattering. Therefore, in this embodiment, the target 1, the pinhole portion 4, and the detection means 2 are accommodated in the vacuum container 18. Reference numeral 20 in FIGS. 1 and 20 denotes a support base for holding the target 1.

レーザ光線照射手段５は、例えばピークパワーが１テラＷ以上のレーザ光線５ａを照射でき、レーザ光線５ａは短パルスのもの、例えばパルス幅が１ピコ秒以下のものが好ましい。パルス幅が長くなると、レーザ光線５ａの瞬間的な照射時間が長くなることからレーザ光線５ａによって電離された原子核の拡散が照射終了前に始まり、電荷分離領域の形成が不十分になって原子核を十分に加速するのが困難になるからである。また、同じエネルギーでもパルス幅を短くすることでピークパワーを高くすることができてレーザ光線５ａによる電界を大きくすることができ、より電荷分離領域の正負の差を大きくして加速に適したものにすることができるからである。そのようなレーザ光線照射手段５として、例えば１０ＴＷの出力のハイブリッドチタン：サファイヤ／Ｎｄ：燐酸塩ガラスＣＰＡレーザ装置を利用できる。   The laser beam irradiation means 5 can irradiate a laser beam 5a having a peak power of 1 teraW or more, for example, and the laser beam 5a is preferably a short pulse, for example, a pulse width of 1 picosecond or less. When the pulse width becomes longer, the instantaneous irradiation time of the laser beam 5a becomes longer, so that the diffusion of the nuclei ionized by the laser beam 5a starts before the irradiation ends, and the formation of the charge separation region becomes insufficient and the nuclei are removed. This is because it becomes difficult to accelerate sufficiently. In addition, the peak power can be increased by shortening the pulse width even with the same energy, the electric field generated by the laser beam 5a can be increased, and the positive / negative difference of the charge separation region can be increased to be suitable for acceleration. It is because it can be made. As such a laser beam irradiation means 5, for example, a hybrid titanium: sapphire / Nd: phosphate glass CPA laser device having an output of 10 TW can be used.

レーザ光線５ａをターゲット１に瞬間的に照射すると、レーザ光線５ａの非常に高い電界や光圧力、レーザパルスにより誘起されたプラズマ波により生じた進行電界などにより、極微少な照射領域から電子が追い出され加速される。レーザによる電界はターゲット面の垂直方向に急激に減衰するので、追い出された電子はターゲット面に垂直な方向に加速される。一方、発生した高エネルギー電子がターゲット１中で減速等されると、高エネルギー電子が進んでいた方向に向けて制動放射によるＸ線が発生する。なお、制動放射を起こさせるためにターゲット１とは別の部材を設けても良い。また、ターゲット１のレーザ照射領域において、電子が追い出されて電離された原子核（正イオン）は電子に比べて質量が大きいため、レーザ光線５ａの照射後しばらくの間はほとんど動かない。このため、極微少な照射領域が正イオンの高密度領域となり、その静電気力で正イオンは爆発的に加速され、高エネルギーの正イオンが発生する。さらに、上述のようにして発生させた正イオン，電子，Ｘ線がターゲット１中で他の原子核に核反応を起こさせたり、他の物質との間で相互作用を起こすことで、高エネルギーの中性子、電子と陽電子、同位体、γ線、α粒子等を発生させることができる。つまり、ターゲット１の材料の選択やレーザ光線５ａの照射条件等によって様々な種類の高エネルギー粒子を発生させることができる。   When the target 1 is instantaneously irradiated with the laser beam 5a, electrons are expelled from a very small irradiation region due to a very high electric field and optical pressure of the laser beam 5a, a traveling electric field generated by a plasma wave induced by a laser pulse, and the like. Accelerated. Since the electric field generated by the laser abruptly attenuates in the direction perpendicular to the target surface, the expelled electrons are accelerated in the direction perpendicular to the target surface. On the other hand, when the generated high energy electrons are decelerated in the target 1, X-rays are generated by bremsstrahlung toward the direction in which the high energy electrons have traveled. A member other than the target 1 may be provided in order to cause the bremsstrahlung. Further, in the laser irradiation region of the target 1, the nuclei (positive ions) from which electrons have been expelled and ionized have a mass larger than that of the electrons, so that they hardly move for a while after the irradiation with the laser beam 5a. For this reason, a very small irradiation region becomes a high-density region of positive ions, and positive ions are explosively accelerated by the electrostatic force, and high-energy positive ions are generated. Furthermore, the positive ions, electrons, and X-rays generated as described above cause a nuclear reaction in other nuclei in the target 1 or interact with other substances, resulting in high energy. Neutrons, electrons and positrons, isotopes, gamma rays, alpha particles, etc. can be generated. That is, various kinds of high energy particles can be generated depending on the selection of the material of the target 1 and the irradiation condition of the laser beam 5a.

高出力強度のレーザ光線５ａをターゲット１としての銅テープに照射して、イオンビーム９を発生させた。銅テープは厚さ５μｍの物を用いた。レーザ装置５にはパルス幅５５ｆｓ、出力２２０ｍＪのチタンサファイアレーザーを使用した。図１に示すように、反射ミラー１５，１６によりレーザ光線５ａを放物面ミラー１７に導き、放物面ミラー１７によりレーザ光線５ａをターゲット１上の４×１１μｍ^２に集光させた。レーザ光線５ａの照射角度は４５°に設定した。上記構成により、ターゲット１のレーザ照射面１ａとは反対側の面１ｂよりイオンビーム９を発生させた。検出手段２にはイオン検出器であるＣＲ３９を用いた。ピンホール部４は、厚さ２５μｍのステンレスを使用し、ピンホール３の半径ｒ_ｐｈは２５μｍとした。また、ピンホール３からターゲット１までの距離ｌ_１は１７．１５ｃｍに設定し、ターゲット１から検出器までの距離ｌ_２は１３．２５ｃｍに設定した。ＣＲ３９はレーザーショット終了後、６．２５Ｎ、７０℃の水酸化ナトリウム溶液に６時間漬けてエッチングした。エッチング後のＣＲ３９の画像を図１０に示す。当該画像の１つ１つのエッチピットを顕微鏡等を用いてカウントすることでｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ_ａｌｌ）を得ることができる。 An ion beam 9 was generated by irradiating a copper tape as the target 1 with a laser beam 5a having a high output intensity. A copper tape having a thickness of 5 μm was used. The laser device 5 was a titanium sapphire laser having a pulse width of 55 fs and an output of 220 mJ. As shown in FIG. 1, the laser beam 5 a was guided to the parabolic mirror 17 by the reflection mirrors 15 and 16, and the laser beam 5 a was condensed to 4 × 11 μm ² on the target 1 by the parabolic mirror 17. The irradiation angle of the laser beam 5a was set to 45 °. With the above configuration, the ion beam 9 was generated from the surface 1b of the target 1 opposite to the laser irradiation surface 1a. As the detection means 2, CR39 which is an ion detector was used. The pinhole portion 4 is made of stainless steel having a thickness of 25 μm, and the radius _rph of the pinhole 3 is 25 μm. Further, the distance l ₁ from the pinhole 3 to the target 1 was set to 17.15 cm, and the distance l ₂ from the target 1 to the detector was set to 13.25 cm. After completion of the laser shot, the CR39 was immersed in a 6.25N, 70 ° C. sodium hydroxide solution for 6 hours for etching. FIG. 10 shows an image of CR39 after etching. G (X, Y, E _all ) can be obtained by counting each etch pit of the image using a microscope or the like.

厚さ２．５μｍのマイラーフィルタ６を１〜３枚、図１４に示すようにピンホール部４と検出面２ａの間に設置し、実施例１と同条件で、イオンビーム９の発生およびピンホール３を介してのＣＲ３９によるイオン検出を行った。エッチング後のＣＲ３９の画像を図１１〜図１３に示す。図１１は、マイラーフィルタを１枚用いた場合、即ちフィルタの厚み２．５μｍの場合を示す。図１２は、マイラーフィルタを２枚用いた場合、即ちフィルタの厚み５．０μｍの場合を示す。図１３は、マイラーフィルタを３枚用いた場合、即ちフィルタの厚み７．５μｍの場合を示す。フィルタの厚みに応じて、ＣＲ３９の反応の度合いが異なっていることがわかる。   One to three Mylar filters 6 having a thickness of 2.5 μm are installed between the pinhole portion 4 and the detection surface 2a as shown in FIG. 14, and the generation of the ion beam 9 and the pin are performed under the same conditions as in the first embodiment. Ion detection by CR39 through hole 3 was performed. Images of CR39 after etching are shown in FIGS. FIG. 11 shows the case where one Mylar filter is used, that is, the filter thickness is 2.5 μm. FIG. 12 shows a case where two Mylar filters are used, that is, a case where the filter thickness is 5.0 μm. FIG. 13 shows a case where three Mylar filters are used, that is, a filter thickness of 7.5 μm. It can be seen that the degree of reaction of CR39 varies depending on the thickness of the filter.

トムソン質量分析器７を図１および図６に示すようにピンホール部４と検出面２ａの間に設置し、実施例１と同条件で、イオンビーム９の発生およびピンホール３を介してのイオン検出を行い、発生したイオンのエネルギースペクトルを測定した。尚、偏向長ｌ＝４５ｍｍ，電極間のギャップ長ｄ＝３ｍｍ，電界および磁界の中心から検出面２ａまでの距離Ｄ＝１００ｍｍとし、電極間電圧Ｕ＝１．０ｋＶ、磁場の強さＢ＝５．１ｋGaussとし、３．３×１０^５Ｖ／ｍの電場と５．１ｋGaussの磁場を平行に印加した。ＣＲ３９はレーザーショット終了後、６．２５Ｎ，７０℃ の水酸化ナトリウム溶液に６時間漬けてエッチングし、ＣＣＤカメラと顕微鏡を用いてエッチピットを観察した。また、各スペクトルを得るためのレーザーショット数は５０とした。 A Thomson mass spectrometer 7 is installed between the pinhole portion 4 and the detection surface 2a as shown in FIGS. 1 and 6, and under the same conditions as in the first embodiment, the ion beam 9 is generated and the pinhole 3 is passed through. Ion detection was performed and the energy spectrum of the generated ions was measured. The deflection length l = 45 mm, the gap length d between electrodes = 3 mm, the distance D from the center of the electric and magnetic fields to the detection surface 2a = 100 mm, the interelectrode voltage U = 1.0 kV, and the magnetic field strength B = 5. The electric field of 3.3 × 10 ⁵ V / m and the magnetic field of 5.1 kGauss were applied in parallel. After completion of laser shot, CR39 was immersed in a 6.25N, 70 ° C. sodium hydroxide solution for 6 hours for etching, and etch pits were observed using a CCD camera and a microscope. The number of laser shots for obtaining each spectrum was 50.

エッチング後のＣＲ３９の画像を図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）中のエッチピット軌跡である黒線は、プロトンの理論放物曲線にほぼ一致し、本実施例のターゲット１及びレーザ照射の条件の下で主に発生したイオンはプロトンであることが分かる。尚、図１５（ａ）中の符号０は原点（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）を示す。   An image of CR39 after etching is shown in FIG. The black line that is the etch pit locus in FIG. 15A substantially matches the theoretical parabolic curve of protons, and ions generated mainly under the conditions of target 1 and laser irradiation of this example are protons. I understand that. In addition, the code | symbol 0 in Fig.15 (a) shows the origin (X, Y) = (0,0).

図１５（ｂ）は、図１５（ａ）におけるエッチピット軌跡のＥ＝４００ｋｅＶ（キロ電子ボルト）に該当するＸ’の近傍を光学顕微鏡で拡大し、６４０×４８８ピクセルの画像としたものである。図１５（ｂ）中の黒点１つ１つがプロトンのエッチピットを表している。図１５（ｂ）のＹ’方向の粒子数を求めることで、ｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）の実測値を得ることができる。 FIG. 15B is an image of 640 × 488 pixels obtained by enlarging the vicinity of X ′ corresponding to E = 400 keV (kilo electron volt) of the etch pit locus in FIG. 15A with an optical microscope. . Each black spot in FIG. 15B represents a proton etch pit. An actual measurement value of g ′ _exp (Y ′, E) can be obtained by obtaining the number of particles in the Y ′ direction in FIG.

本実施例では、図１５（ｂ）に示す６４０×４８８ピクセルの画像を、Ｘ’方向に６００μｍの幅を持ち、Ｙ’方向に８ピクセル（１１．１μｍ）ごとに区切られた６１個のボックスに分割し、各ボックスの中のピット総数をカウントして、ｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）を得た。尚、ボックス幅を小さくすることでエネルギー分解能を上げることができるが、ボックス幅が小さすぎるとカウント数が少なくなり統計量として適当なカウント数が得られなくなる場合があるので、適宜調整することが好ましい。各ボックスの中のピット総数は、レーザーショット数５０の平均値をとり、単位長さあたり（μｍ^−１）およびｄＸ’＝（１／２）・ｋ_Ｘ・Ｅ^−３／２ｄＥの関係から単位エネルギーあたり（ｋｅＶ^−１）の個数に平均化した。このようにして得られたｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）をプロットした結果を図１６に示す。図１６中の▲がＥ＝４００ｋｅＶを示し、×がＥ＝７８０ｅＶを示し、●がＥ＝１１００ｋｅＶを示す。 In this embodiment, the image of 640 × 488 pixels shown in FIG. 15B is 61 boxes having a width of 600 μm in the X ′ direction and divided every 8 pixels (11.1 μm) in the Y ′ direction. And the total number of pits in each box was counted to obtain g ′ _exp (Y ′, E). Note that energy resolution can be increased by reducing the box width, but if the box width is too small, the number of counts may decrease and an appropriate count number may not be obtained as a statistic. preferable. The total number of pits in each box takes an average value of 50 laser shots, and is based on the relationship of (μm ⁻¹ ) and dX ′ = (1/2) · k _X · E ^−3/2 dE per unit length. It averaged to the number of (keV < ^-1 >) per unit energy. FIG. 16 shows the result of plotting g ′ _exp (Y ′, E) thus obtained. In FIG. 16, ▲ indicates E = 400 keV, x indicates E = 780 eV, and ● indicates E = 1100 keV.

また、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）として、数式５で表される２次元のガウス分布を仮定し、数式１，数式１０，数式５を用いてｇ’_ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）を求めるとともに、数式１１が最小となるように、数式５中の係数ａ（Ｅ），ｂ（Ｅ）を決定した。図１６中に示す曲線がｇ’_ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）にフィッティングされたｇ’_ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）を示し、図１７中に示す曲線が導出されたｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を示す。計算結果は実験結果をよく再現していることが分かる。 Assuming that a two-dimensional Gaussian distribution expressed by Equation 5 is assumed as f (x, y, E), g ′ _th (Y ′, E) is obtained using Equation 1, Equation 10, and Equation 5. The coefficients a (E) and b (E) in Equation 5 are determined so that Equation 11 is minimized. The curve shown in FIG. 16 indicates g ′ _th (Y ′, E) fitted to g ′ _exp (Y ′, E), and f (x, y, E) from which the curve shown in FIG. 17 is derived. Indicates. It can be seen that the calculation results reproduce the experimental results well.

尚、本実施例の条件の下で主に発生するイオンはプロトンであり、コーン角度θ_ｃは、プロトンのコーン角度θ_ｃ≒２０°を用いた。（ｌ_１＋ｌ_２）ｔａｎθ_ｃ≒３０ｃｍ × ０．３６ ＝１０．８ｃｍであり、数式３の条件は常に満たされているとみなすことができる。 Note that ions generated mainly under the conditions of this example are protons, and the cone angle θ _c is the cone angle θ _c ≈20 ° of protons. (L ₁ + l ₂ ) tan θ _c ≈30 cm × 0.36 = 10.8 cm, and it can be considered that the condition of Expression 3 is always satisfied.

また、図１８の●で示すプロットは、求められた数式５中の係数ａ（Ｅ）とプロトンエネルギーＥの関係を表し、■で示すプロットは、ターゲット１上で発生したエネルギーＥを有するプロトンの総数ＮとプロトンエネルギーＥの関係を表す。数式５中の係数ａ（Ｅ）は、ターゲット１の原点でのプロトン密度を表す。図１８から、プロトン総数Ｎ、原点でのプロトン密度ａともに、エネルギーＥが小さいほど値が大きくなっているが、プロトン総数Ｎの方がエネルギーＥの減少に対する値の増分が大きいことが分かる。   The plot indicated by ● in FIG. 18 represents the relationship between the obtained coefficient a (E) in Equation 5 and the proton energy E, and the plot indicated by ▪ represents protons having energy E generated on the target 1. The relationship between the total number N and the proton energy E is represented. A coefficient a (E) in Equation 5 represents the proton density at the origin of the target 1. As can be seen from FIG. 18, both the total number N of protons and the proton density a at the origin increase as the energy E decreases, but the number of protons N increases the increase in value with respect to the decrease in energy E.

また、図１９の●で示すプロットは、求められた数式５中の係数ｂ（Ｅ）とプロトンエネルギーの関係を表し、■で示すプロットは、プロトン密度が１μｍ^２あたり１個以上の領域を示す半径ｒ_ｃとプロトンエネルギーの関係を表す。数式５中の係数ｂ（Ｅ）は、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）の指数減衰値を表す。図１９からプロトンの生成領域を示す指数減衰値はプロトンエネルギーに依存し、Ｅ＝４００ｋｅＶで１１０μｍ程度、Ｅ＝１．１ＭｅＶで６０μｍ程度であり、低いエネルギーのプロトンほど加速される領域が広範囲にわたっていることがわかる。また、この指数減衰値は、レーザビームの指数減衰値（６μｍ）に比べ大きな値であり、レーザ照射からイオン加速が行われる間に加速領域が１０倍以上に広がったことを示している。 Further, the plot indicated by ● in FIG. 19 represents the relationship between the obtained coefficient b (E) in Equation 5 and proton energy, and the plot indicated by ■ represents one or more regions per 1 μm ^{2 of} proton density. It represents the relationship between the radius r _c and the proton energy. A coefficient b (E) in Expression 5 represents an exponential decay value of f (x, y, E). From FIG. 19, the exponential decay value indicating the proton generation region depends on the proton energy, and is about 110 μm at E = 400 keV and about 60 μm at E = 1.1 MeV. I understand that. This exponential decay value is larger than the exponential decay value (6 μm) of the laser beam, indicating that the acceleration region has expanded 10 times or more during ion acceleration from laser irradiation.

次に、本発明のレーザープロファイルの測定方法について説明する。上記のように本発明の粒子分布の評価方法によれば、ターゲット１上での発生粒子の密度分布を求めることができるが、ターゲット１上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との相関が既知であれば、求められたターゲット１上での発生粒子の密度分布から、ターゲット１に照射したレーザ光線５ａの集光強度分布すなわちレーザープロファイルを導き出すことも可能である。例えばレーザー強度閾値と発生粒子のエネルギーとの関係を実験等により予め調べておくことで、本発明の粒子分布の評価方法により求められたターゲット１上での発生粒子のエネルギー別の密度分布から、ターゲット１に照射したレーザ光線５ａの集光強度分布を求めることが可能である。測定されたターゲット１上での発生粒子のエネルギー別の密度分布と、レーザー強度閾値と発生粒子のエネルギーとの既知の相関とに基づいて、ターゲット１に照射したレーザ光線５ａの集光強度分布を求める計算は、例えば既存のコンピュータシステムを利用でき、この場合、レーザープロファイルの測定装置を構成できる。   Next, the laser profile measurement method of the present invention will be described. As described above, according to the particle distribution evaluation method of the present invention, the density distribution of the generated particles on the target 1 can be obtained, but there is a correlation between the generated particle density on the target 1 and the laser intensity threshold. If known, it is also possible to derive the light intensity distribution, that is, the laser profile, of the laser beam 5a irradiated to the target 1 from the obtained density distribution of the generated particles on the target 1. For example, by investigating the relationship between the laser intensity threshold value and the energy of the generated particles in advance by an experiment or the like, from the density distribution of the generated particles by energy on the target 1 obtained by the particle distribution evaluation method of the present invention, It is possible to obtain the light collection intensity distribution of the laser beam 5a applied to the target 1. Based on the measured density distribution of the generated particles on the target 1 for each energy and the known correlation between the laser intensity threshold and the energy of the generated particles, the focused intensity distribution of the laser beam 5a applied to the target 1 is calculated. For example, an existing computer system can be used for the calculation, and in this case, a laser profile measuring device can be configured.

次に、本発明の粒子採取方法および装置について説明する。本発明の粒子分布の評価方法により、ターゲット１上の粒子分布が明らかになれば、必要とするエネルギー粒子が発生するターゲット１上の箇所を露出させ、他の粒子発生領域を覆うマスキング材１９をターゲット１の粒子発生面１ｂに取り付けることで、必要とするエネルギー粒子を効率よく取り出すことが可能となる。例えば図１８及び図１９から、実施例３の条件においてターゲット１より発生するプロトンは、低いエネルギーのプロトンほど発生する領域が広範囲であることが分かる。このため、高いエネルギーのプロトンを効率よく取り出すには、例えば図２２に示すように、粒子発生領域の中心近傍を露出させるマスキング材１９を用いれば良い。逆に、低いエネルギーのプロトンを効率よく取り出すには、例えば図２３に示すように、粒子発生領域の中心から離れた箇所を露出させるマスキング材１９を用いれば良い。マスキング材１９は粒子が通過できない材質とする。粒子のエネルギーが高いほど透過できる遮蔽材の厚みが大きくなるため、マスキング材１９の厚みを単純に厚くすることで遮断性を向上できる。勿論、マスキング材１９の厚みを大きくすることなく粒子を遮断できる高密度の材料、例えばタンタル、タングステン、鉛などを用いてマスキング材１９を作製しても良い。   Next, the particle collection method and apparatus of the present invention will be described. If the particle distribution on the target 1 is clarified by the particle distribution evaluation method of the present invention, the masking material 19 that exposes the location on the target 1 where the necessary energy particles are generated and covers other particle generation regions is provided. By attaching to the particle generating surface 1b of the target 1, it becomes possible to efficiently take out necessary energy particles. For example, it can be seen from FIGS. 18 and 19 that protons generated from the target 1 under the conditions of Example 3 have a wider range of generation as protons with lower energy. Therefore, in order to efficiently extract high-energy protons, a masking material 19 that exposes the vicinity of the center of the particle generation region may be used, for example, as shown in FIG. Conversely, in order to efficiently extract low-energy protons, a masking material 19 that exposes a portion away from the center of the particle generation region may be used, for example, as shown in FIG. The masking material 19 is a material through which particles cannot pass. Since the thickness of the shielding material that can be transmitted increases as the energy of the particles increases, the shielding property can be improved by simply increasing the thickness of the masking material 19. Of course, the masking material 19 may be manufactured using a high-density material that can block particles without increasing the thickness of the masking material 19, for example, tantalum, tungsten, lead, or the like.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば粒子源１は、レーザ光線５ａが照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットであるものには限定されない。例えば加速器で加速された電子が照射されることによりイオンを発生させるターゲットを粒子源１としても良い。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the particle source 1 is not limited to a target that generates high-energy particles when irradiated with the laser beam 5a. For example, a target that generates ions when irradiated with electrons accelerated by an accelerator may be used as the particle source 1.

また、上述の実施形態では、計算条件および説明の簡単のために、ターゲット１のレーザ照射面１ａと粒子発生面１ｂおよび検出手段２の検出面２ａは平面且つ平行とし、ターゲット１上におけるレーザ照射領域の中心とｘ−ｙ平面の原点とピンホール３の中心とＸ−Ｙ平面の原点とがｘ−ｙ平面に垂直な一直線上に並んでいるものとし、ピンホール３は円形としたが、必ずしもこれらの例には限られない。これらの形状や位置関係が既知であるか或いは一定のものに仮定できれば、解析の際に当該形状や位置関係を考慮して数式１等を修正すればよい。   In the above-described embodiment, the laser irradiation surface 1 a of the target 1, the particle generation surface 1 b, and the detection surface 2 a of the detection means 2 are flat and parallel to simplify the calculation conditions and explanation, and the laser irradiation on the target 1 is performed. The center of the region, the origin of the xy plane, the center of the pinhole 3 and the origin of the XY plane are aligned on a straight line perpendicular to the xy plane, and the pinhole 3 is circular. It is not necessarily limited to these examples. If these shapes and positional relationships are known or can be assumed to be constant, Formula 1 may be corrected in consideration of the shapes and positional relationships during analysis.

また、上述の実施形態では、ターゲット１を固体としたが、場合によってはガス状又はクラスター状の物体をターゲット１としても良い。ガス状のターゲット１に高エネルギーのレーザ光線５ａを照射すると、プラズマ波によって荷電粒子を加速するので、より高エネルギーの荷電粒子を発生させることができ、さらには、制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。一方、クラスター状のターゲット１に高エネルギーのレーザ光線５ａを照射すると、レーザ光線５ａの吸収効率が高まり、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。尚、気体のターゲット１を使用する場合には、レーザ光線５ａの照射によってガスが発生して真空が劣化するため、ポンプ等の真空排気装置を設置することが好ましい。クラスター状のターゲット１を用いる場合には、ターゲット１となる気体を冷却して真空中に高速で噴射させる。この気体は断熱膨張による冷却で凝集が進み、原子や分子の集合体であるクラスターとなる。この凝集は非常に短時間で進むため、気体の噴出口の近くにレーザ光線５ａを照射する。これにより、クラスター状のターゲット１にレーザ光線５ａを照射することができる。   In the above-described embodiment, the target 1 is a solid. However, in some cases, a gaseous or cluster object may be used as the target 1. When the gaseous target 1 is irradiated with the high-energy laser beam 5a, the charged particles are accelerated by the plasma wave, so that higher-energy charged particles can be generated, and furthermore, the higher-energy electromagnetic waves can be generated by bremsstrahlung. Can be generated. On the other hand, when the cluster-like target 1 is irradiated with the high-energy laser beam 5a, the absorption efficiency of the laser beam 5a is increased, and more high-energy particles can be generated. When the gas target 1 is used, it is preferable to install a vacuum exhaust device such as a pump because gas is generated by the irradiation of the laser beam 5a and the vacuum is deteriorated. When the cluster-like target 1 is used, the gas that becomes the target 1 is cooled and sprayed at a high speed in a vacuum. The gas is agglomerated by cooling due to adiabatic expansion and becomes a cluster that is an aggregate of atoms and molecules. Since this agglomeration proceeds in a very short time, the laser beam 5a is irradiated near the gas outlet. Thereby, the cluster-like target 1 can be irradiated with the laser beam 5a.

本発明の粒子分布の評価方法および装置の実施の一形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the evaluation method and apparatus of particle distribution of this invention. 本発明の粒子分布の評価方法の原理を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principle of the particle distribution evaluation method of this invention. 点源から粒子が拡散する条件の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the conditions which particle | grains diffuse from a point source. 点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the conditions from which the particle | grains which started from the point source pass a pinhole and reach | attain a detection surface. 点源から拡散した粒子が検出面上の点に到達する条件の一例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of conditions under which particles diffused from a point source reach a point on a detection surface. 図１の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of FIG. トムソン質量分析器を用いた場合の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle at the time of using a Thomson mass spectrometer. トムソン質量分析器を用いた場合の原理を示す他の図である。It is another figure which shows the principle at the time of using a Thomson mass spectrometer. トムソン質量分析器を用いた場合の原理を示す更に他の図である。It is another figure which shows the principle at the time of using a Thomson mass spectrometer. エネルギー分別を行わずに検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。It is an image which shows the result of having measured the particle density distribution on a detection surface, without performing energy separation. エネルギー分別手段として厚さ２．５μｍのマイラーフィルタを１枚用いた場合の検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。It is an image which shows the result of having measured the particle density distribution on the detection surface at the time of using one mylar filter with a thickness of 2.5 micrometers as an energy separation means. エネルギー分別手段として厚さ２．５μｍのマイラーフィルタを２枚用いた場合の検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。It is an image which shows the result of having measured the particle density distribution on the detection surface at the time of using two Mylar filters with a thickness of 2.5 micrometers as an energy separation means. エネルギー分別手段として厚さ２．５μｍのマイラーフィルタを３枚用いた場合の検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。It is an image which shows the result of having measured the particle density distribution on the detection surface at the time of using three Mylar filters with a thickness of 2.5 micrometers as an energy separation means. 本発明の粒子分布の評価方法および装置の他の実施形態を示し、エネルギー分別手段としてエネルギーフィルタを用いる場合の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of the evaluation method and apparatus of particle distribution of this invention, and shows an example in the case of using an energy filter as an energy separation means. （Ａ）はトムソン質量分析器を用いてプロトンのエネルギースペクトルを測定した結果を示す画像であり、（Ｂ）は（Ａ）の軌跡の一部を拡大したものである。(A) is an image showing the result of measuring the energy spectrum of protons using a Thomson mass spectrometer, and (B) is an enlarged view of a part of the locus of (A). 図１５（Ｂ）の測定結果から検出面上の粒子密度分布を求めた結果を示す。The result of having calculated | required the particle density distribution on a detection surface from the measurement result of FIG.15 (B) is shown. 図１５（Ｂ）の測定結果および図１６の計算結果からターゲット上の粒子密度分布を求めた結果を示す。The result of having calculated | required the particle density distribution on a target from the measurement result of FIG.15 (B) and the calculation result of FIG. 16 is shown. ターゲット原点でのプロトン密度およびプロトン総数と、プロトンのエネルギーの関係を示す図である。It is a figure which shows the proton density and the proton total in a target origin, and the relationship of the energy of a proton. プロトンの生成領域を示す指数減衰値およびプロトン密度が１μｍ^２あたり１個以上の領域を示す半径と、プロトンのエネルギーの関係を示す図である。And radius exponential decay value indicating the generation region of the proton and the proton density indicates 1 [mu] m ² per one or more regions is a diagram showing the energy relations of protons. 本発明の粒子分布の評価方法および装置の他の実施形態を示し、電子スペクトロメータを用いる場合の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of the evaluation method and apparatus of particle distribution of this invention, and shows an example in the case of using an electron spectrometer. 図２０の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of FIG. 本発明の粒子採取方法および装置の実施の一形態を示す原理図である。1 is a principle diagram showing one embodiment of a particle collection method and apparatus of the present invention. 本発明の粒子採取方法および装置の他の実施形態を示す原理図である。It is a principle figure which shows other embodiment of the particle | grain collection method and apparatus of this invention. ターゲット上の電子密度を求める従来技術を示す構成図である。It is a block diagram which shows the prior art which calculates | requires the electron density on a target.

符号の説明Explanation of symbols

１ ターゲット（粒子源）
２ａ 検出面
２ 検出手段
３ ピンホール
４ ピンホール部
５ａ レーザ光線
５ レーザ光線照射手段
６ エネルギーフィルタ（エネルギー分別手段）
７ トムソン質量分析器
８ 電子スペクトロメータ
１４ 粒子発生手段
１９ マスキング材 1 Target (particle source)
2a Detection surface 2 Detection means 3 Pinhole 4 Pinhole part 5a Laser beam 5 Laser beam irradiation means 6 Energy filter (energy separation means)
7 Thomson Mass Spectrometer 8 Electron Spectrometer 14 Particle Generation Means 19 Masking Material

Claims (13)

粒子が拡散する点源の集合である粒子源であってレーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求める粒子分布の評価方法により求められる前記ターゲット上での発生粒子の密度分布と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を求めることを特徴とするレーザープロファイルの測定方法。 A particle source that is a set of point sources in which particles diffuse and has a target that generates high-energy particles when irradiated with a laser beam, and a detection surface on which the particles are incident, and the particles are incident on the detection surface A pinhole portion in which a pinhole is formed in a shielding material that blocks the passage of the particles is disposed between the detected position and the detecting means for measuring the number of particles incident on the position, and the particles are transferred from the point source. Based on the conditions for diffusion and the conditions for the particles starting from the point source to pass through the pinhole and reach the detection surface, the measurement results of the detection means determine that the particle source diffuses from the point source. known phase was the density distribution of occurrence particles on the target obtained by the evaluation method of particle distribution for obtaining the particle number, the density and the laser intensity threshold generating particles on the target Based on the method of measuring the laser profile and obtains the condensing intensity distribution of the laser beam irradiated to the target. 粒子が拡散する点源の集合である粒子源であってレーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求める粒子分布の評価方法により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所が露出するマスキング材を前記ターゲットの粒子発生面に取り付けることを特徴とする粒子採取方法。 A particle source that is a set of point sources in which particles diffuse and has a target that generates high-energy particles when irradiated with a laser beam, and a detection surface on which the particles are incident, and the particles are incident on the detection surface A pinhole portion in which a pinhole is formed in a shielding material that blocks the passage of the particles is disposed between the detected position and the detecting means for measuring the number of particles incident on the position, and the particles are transferred from the point source. Based on the conditions for diffusion and the conditions for the particles starting from the point source to pass through the pinhole and reach the detection surface, the measurement results of the detection means determine that the particle source diffuses from the point source. mass was based on the density distribution of occurrence particles on the target obtained by the evaluation method of particle distribution for obtaining the particle number, the point on the target particle of interest is generated exposed Particle collection method characterized by attaching the ring member to the particle generation surface of said target. 一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項１記載のレーザープロファイルの測定方法または請求項２記載の粒子採取方法。 2. The energy separating means for passing only particles having energy of a certain value or more, or the particle separating means for passing only a specific kind of particles are arranged between the particle source and the detection surface. A method for measuring the laser profile of claim 1 or a method for collecting particles according to claim 2 . 電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項１記載のレーザープロファイルの測定方法または請求項２記載の粒子採取方法。 The method of measuring a laser profile according to claim 1, wherein a deflector for deflecting the particles by generating one or both of an electric field and a magnetic field is disposed between the pinhole portion and the detection surface. The particle collection method according to claim 2. 前記偏向器は、トムソン質量分析器であることを特徴とする請求項４記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法。 5. The laser profile measuring method or particle sampling method according to claim 4 , wherein the deflector is a Thomson mass spectrometer. 前記偏向器は、電子スペクトロメータであることを特徴とする請求項４記載のレーザープロファイルの測定方法または粒子採取方法。 5. The laser profile measuring method or particle sampling method according to claim 4 , wherein the deflector is an electron spectrometer. ターゲットと瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段とを備えて粒子源である前記ターゲットより粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段と、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成り前記粒子源と前記検出手段との間に配置されるピンホール部と、前記粒子源の粒子発生領域を構成する各点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を算出する演算手段とを備える粒子分布評価装置を備え、当該粒子分布評価装置から出力される前記ターゲット上での発生粒子の密度分布を表す情報と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関を表す情報に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を算出することを特徴とするレーザープロファイル測定装置。 Particles from the target, which is a particle source, comprising a target and laser beam irradiation means for generating high energy particles by instantaneously irradiating the target with a laser beam having an energy capable of ionizing the target by instantaneous irradiation A particle generating means for generating the light, a detection means having a detection surface on which the particle is incident, a position where the particle is incident on the detection surface, a number of particles incident on the position, and a shield for blocking the passage of the particle Pinholes are formed in the material and are arranged between the particle source and the detection means, a condition for the particles to diffuse from each point source constituting the particle generation region of the particle source, Based on the measurement results of the detection means based on the condition that the particles starting from the point source pass through the pinhole and reach the detection surface, Comprising a particle distribution evaluation apparatus and a calculating means for calculating the number of particles diffused from a point source, and information representing the density distribution of occurrence particles on the target output from the particle distribution evaluation apparatus, on the target A laser profile measurement device that calculates a light collection intensity distribution of a laser beam irradiated to the target based on information representing a known correlation between a density of generated particles and a laser intensity threshold. 粒子が拡散する点源の集合である粒子源であってレーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段とに加え、前記粒子源と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求める粒子分布の評価方法により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、前記ターゲットの粒子発生面に取り付けられて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所を露出させるマスキング材とを備えることを特徴とする粒子採取装置。 A particle source that is a set of point sources in which particles diffuse, and a target that generates high-energy particles by being irradiated with a laser beam, and a laser beam having an energy that allows ionization of the target by instantaneous irradiation. In addition to the laser beam irradiation means for instantaneously irradiating the target to generate high energy particles, the particle source, the detection surface on which the particle is incident, and the position where the particle is incident on the detection surface and the position A pinhole portion formed by forming a pinhole in a shielding material that blocks the passage of the particles between the detection means that measures the number of particles incident on the particle, and the condition that the particles diffuse from the point source, Based on the measurement result of the detection means based on the condition that the particles starting from the point source pass through the pinhole and reach the detection surface, the point in the particle source Based on the density distribution of occurrence particles on more sought said target to evaluate how the particle distribution for obtaining the number of particles that diffuse from, attached to the particle generation surface of the target, the particles of interest are generated the A particle collecting apparatus comprising: a masking material that exposes a portion on the target. ターゲットと瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段とを備えて粒子源である前記ターゲットより粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段と、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成り前記粒子源と前記検出手段との間に配置されるピンホール部と、前記粒子源の粒子発生領域を構成する各点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を算出する演算手段とを備える粒子分布評価装置を備え、当該粒子分布評価装置により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、前記ターゲットの粒子発生面に取り付けられて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所を露出させるマスキング材とを備えることを特徴とする粒子採取装置。 From the target and a laser beam application means for the laser beam of the target and the instantaneous between specific said target ionization that can be energy irradiation generating momentarily irradiating the high-energy particles in the target is a particle source Particle generation means for generating particles, detection means having a detection surface on which the particles are incident, a position where the particles are incident on the detection surface, a number of particles incident on the positions, and a passage of the particles A pinhole portion formed by forming a pinhole in a shielding material and disposed between the particle source and the detection means, and a condition for diffusing the particles from each point source constituting a particle generation region of the particle source, Based on the measurement result of the detection means based on the condition that the particles starting from the point source pass through the pinhole and reach the detection surface. Comprising a particle distribution evaluation apparatus and a calculating means for calculating the number of particles diffused from a point source, based on the density distribution of occurrence particles on the target determined by the particle distribution evaluation device, particle generating of said target A particle collecting apparatus, comprising: a masking material attached to a surface and exposing a portion on the target where target particles are generated. 一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項７記載のレーザープロファイル測定装置または請求項８若しくは９記載の粒子採取装置。 The particle separation means for passing only the energy classification unit or a particular type of particle to pass only particles having an energy higher than a certain value, according to claim 7, characterized in that arranged between the particle source and the detection surface The laser profile measuring device according to claim 8 or the particle collecting device according to claim 8 or 9 . 電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項７記載のレーザープロファイル測定装置または請求項８若しくは９記載の粒子採取装置。 The deflector deflecting the particles by generating one or both of an electric or magnetic field, the pinhole and the detection surface, characterized in that disposed between the claim 7 laser profile measuring device or claims, wherein Item 8. The particle collecting apparatus according to Item 8 or 9 . 前記偏向器は、トムソン質量分析器であることを特徴とする請求項１１記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置。 12. The laser profile measuring device or the particle sampling device according to claim 11, wherein the deflector is a Thomson mass spectrometer. 前記偏向器は、電子スペクトロメータであることを特徴とする請求項１１記載のレーザープロファイル測定装置または粒子採取装置。 12. The laser profile measuring device or the particle sampling device according to claim 11, wherein the deflector is an electron spectrometer.