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高出力 Nier 型イオン源の開発

高出力 Nier 型イオン源の開発. 環境計測学研究室　清水森人. 当研究室の研究概要. 分子イオンの解離性反応の研究 静電型イオントラップ 分子の振動状態を基底状態に冷却. 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 5 nA 以上の入射ビーム電流量 入射条件 入射位置 イオントラップの中心軸より半径1 mm 以内. 当研究室のイオン源はこれを十分に満たせていない. Nier 型イオン源の概略. 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 静電型であるため、小型化が可能. 生成イオン数.

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高出力 Nier 型イオン源の開発

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Presentation Transcript

  1. 高出力Nier型イオン源の開発 環境計測学研究室　清水森人

  2. 当研究室の研究概要 • 分子イオンの解離性反応の研究 • 静電型イオントラップ 分子の振動状態を基底状態に冷却 の開発を進めている

  3. イオントラップに必要なイオンビーム • 出力 • 5 nA以上の入射ビーム電流量 • 入射条件 • 入射位置 • イオントラップの中心軸より半径1 mm以内 当研究室のイオン源はこれを十分に満たせていない

  4. Nier型イオン源の概略 • 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 • 静電型であるため、小型化が可能

  5. 生成イオン数 • 単位時間に生成されるイオン数:S I : 電子ビーム数 L : 電子が通過する距離 n0 : 通過する領域の分子数密度 σ : 電子衝突イオン化断面積 ※単回衝突の場合を仮定

  6. 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 • 衝突領域を広く • 電子ビームの形状 長方形の断面 • ガスの分布領域

  7. 厚さ 1mm 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(従来の2倍) • 加速電圧が0~500 Vの範囲で調整可能 • 軌道計算 • 軌道シミュレーターSIMION 電子ビームを衝突領域に入射させるための電極形状を計算 1 mm × 3 mm程度の長方形の断面で入射するように設定

  8. 1のパターン 2のパターン 密度分布計算 • 噴射口のパターンを変えて比較 • 現在のイオン源の噴射口(φ3.2 mm) • φ0.5 mm の噴射口30個を縦3横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

  9. 計算結果1 • 特徴 • 一点集中型 • ガスが分布する領域が小さい

  10. 計算結果2 • 特徴 • 平均分布型 • ガスが分布する領域が大きい

  11. 計算結果まとめ • 2のパターンに決定 • 平均的に分布 電子ビームと導入されたガスが衝突する領域が広くなる

  12. イオン源 写真1 : イオン源 • 実験条件 ガス : He 電子加速電圧:450 V フィラメント電流 : 3 A レンズ電圧 : 770 V 真空度:1.5×10-5Torr バックグラウンド真空度:1.0x10-6Torr 最大ビーム電流：155nA

  13. ビーム形状 • ビーム径　：1mm • レンズ電圧 : 900V MCPを用いて、ビームの径を測定 写真2 : ビーム断面像

  14. まとめ • 目標を満たしたイオン源を制作できた • 最大ビーム電流量 :155nA • ビーム径 :1mm

  15. 目次 補足 • 当研究室の研究概要 • 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 • 生成イオン数 • イオンを効率よく生成するには • 電子銃 • 密度分布計算 • 計算結果1 • 計算結果2 • 計算結果まとめ • イオン源 • ビーム形状 • まとめ • 現在のイオン源 • 開発目標 • イオン化断面積 • 分子線理論解析 • 分子線理論解析(2) • マッハ数 • 角度分布

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