高出力型源開発

高出力Nier型イオン源の開発環(huán)境計測學(xué)研究室清水森人當(dāng)研究室の研究概要分子イオンの解離性反応の研究靜電型イオントラップ 分子の振動狀態(tài)を基底狀態(tài)に冷卻の開発を進めているイオントラップに必要なイオンビーム出力5nA以上の入射ビーム電流量入射條件入射位置イオントラップの中心軸より半徑1mm以內(nèi)當(dāng)研究室のイオン源はこれを十分に満たせていないNier型イオン源生成されるイオンのエネルギー幅が小さい靜電型であるため、小型化が可能Nier型イオン源の概略生成イオン數(shù)単位時間に生成されるイオン數(shù):S

I:電子ビーム數(shù)

L:電子が通過する距離 n0:通過する領(lǐng)域の分子數(shù)密度

σ:電子衝突イオン化斷面積 ※単回衝突の場合を仮定イオンを効率よく生成するには電子ビームビーム電流量を多く衝突領(lǐng)域を広く電子ビームの形狀 長方形の斷面ガスの分布領(lǐng)域電子銃電子ビーム生成部分フィラメントサイズを大きく(従來の2倍)加速電圧が0~500Vの範(fàn)囲で調(diào)整可能軌道計算軌道シミュレーターSIMION電子ビームを衝突領(lǐng)域に入射させるための電極形狀を計算1mm×3mm程度の長方形の斷面で入射するように設(shè)定厚さ1mm密度分布計算噴射口のパターンを変えて比較現(xiàn)在のイオン源の噴射口(φ3.2mm)φ0.5mmの噴射口30個を縦3橫10に配列密度分布を計算近似式、経験式によって密度分布を計算電子ビーム1のパターン2のパターン計算結(jié)果1特徴一點集中型ガスが分布する領(lǐng)域が小さい計算結(jié)果2特徴平均分布型ガスが分布する領(lǐng)域が大きい計算結(jié)果まとめ2のパターンに決定平均的に分布

電子ビームと導(dǎo)入されたガスが衝突する領(lǐng)域が広くなるイオン源寫真1:イオン源実験條件ガス:He電子加速電圧:450Vフィラメント電流:3Aレンズ電圧:770V真空度:1.5×10-5

Torrバックグラウンド真空度:1.0x10-6Torr最大ビーム電流：155

nAビーム形狀ビーム徑：

1

mmレンズ電圧:900VMCPを用いて、ビームの徑を測定寫真2:ビーム斷面像まとめ目標(biāo)を満たしたイオン源を制作できた最大ビーム電流量:

155

nAビーム徑:

1

mm目次當(dāng)研究室の研究概要イオントラップに必要なイオンビームNier型イオン源の概略生成イオン數(shù)イオンを効率よく生成するには電子銃密度分布計算計算結(jié)果1計算結(jié)果2計算結(jié)果まとめイオン源ビーム形狀まとめ補足現(xiàn)在のイオン源開発目標(biāo)イオン化斷面積分子線理論解析分子線理論解析(2)マッハ數(shù)角度分布現(xiàn)在のイオン源Nier型イオン源出力ビーム電流：10nA(引き出し直後) イオントラップに到達しているビーム量は 1nA以下と見積もられているビーム形狀ビーム徑：約5mm 平行ビームとして引き出しており、 イオントラップには不向き開発目標(biāo)高出力ビーム電流：100nA以上(引き出し直後)イオントラップ入射ビーム電流：5nA以上ビーム形狀ビーム徑：1mmイオン化斷面積電子衝突イオン化斷面積K:定數(shù)Vi:イオン化エネルギーE:電子の入射エネルギー電離確率密度n0の気體中を電子が単位距離進む間に 生成されるイオン數(shù)をSeとすると分子線理論解析數(shù)密度の角度分布

Boyntonの経験式軸上の數(shù)密度マッハ數(shù)MAshkenas-Shermanの近似噴射口からの距離とともに増大究極マッハ數(shù)Mt平均自由行程噴射口の徑に依存分子線はマッハ數(shù)が究極マッハ數(shù)を超えると放射狀に拡散する三重大技術(shù)科電気工學(xué)研から引用（無斷）分子線理論解析(2)ガス噴射口からのガス密度計算角度分布Boyntonの経験式??(3)距離分布ジェット噴流??(4)M<Mt自由噴流M>Mt (4)式を漸近的に近似、密度は距離の二乗に反比例するマッハ數(shù)Ashkenas-Shermanの近似式究極