特開 2023-130113 質量分離装置、輸送装置、および線形加速器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023130113

(43)【公開日】2023-09-20

(54)【発明の名称】質量分離装置、輸送装置、および線形加速器

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/28 20060101AFI20230912BHJP

   H05H 9/00 20060101ALI20230912BHJP

   H05H 7/08 20060101ALI20230912BHJP

   H01J 49/06 20060101ALN20230912BHJP

【ＦＩ】

H01J49/28 800

H05H9/00 A

H05H7/08

H01J49/06 700

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022034599

(22)【出願日】2022-03-07

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】永嶋 和也

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴啓

(72)【発明者】

【氏名】関 孝義

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA03

2G085BA02

2G085BA05

2G085BA13

2G085BA15

2G085DA02

2G085EA07

(57)【要約】

【課題】輸送系長を増大させずに、荷電粒子ビーム中のイオン種選別および不要イオン除去が可能な質量分離装置、輸送装置および線形加速器を提供する。
【解決手段】複数のコイル３１と、コイル３１に励磁電流を供給するコイル用電源１３と、荷電粒子ビーム２の吸収に際して発生する熱を除去する冷却部３３を備える、複数の電極３０と、電極３０に電圧を印加する電極用電源１２と、を備え、荷電粒子ビーム２の軸から見た断面上において、電極３０により生成する電場とコイル３１により生成する磁場とが直交方向に生成される位置に電極３０およびコイル３１が配置されている。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビームのイオン種選択、不要イオンの除去を行う質量分離装置であって、
複数のコイルと、
前記コイルに励磁電流を供給するコイル用電源と、
前記荷電粒子ビームの吸収に際して発生する熱を除去する冷却部を有する、複数の電極と、
前記電極に電圧を印加する電極用電源と、を備え、
前記荷電粒子ビームの軸から見た断面上において、前記電極により生成する電場と前記コイルにより生成する磁場とが直交方向に生成される位置に前記電極および前記コイルが配置されている
ことを特徴とする質量分離装置。

【請求項2】

請求項１に記載の質量分離装置において、
前記電場と前記磁場の強度比を調整する
ことを特徴とする質量分離装置。

【請求項3】

請求項１に記載の質量分離装置において、
前記コイルで生成する前記磁場の強度を増加させるための磁性体を更に備える
ことを特徴とする質量分離装置。

【請求項4】

請求項１に記載の質量分離装置において、
複数の前記電極の各々の間の空間が、前記荷電粒子ビームの軸から見た断面上において放射状にならないように、前記電極が配置されている
ことを特徴とする質量分離装置。

【請求項5】

請求項１に記載の質量分離装置において、
前記荷電粒子ビームが通過する複数の前記電極の間の間隔が、下流側ほど径が小さくなっている
ことを特徴とする質量分離装置。

【請求項6】

請求項１に記載の質量分離装置を備えることを特徴とする輸送装置。

【請求項7】

請求項６に記載の輸送装置において、
前記荷電粒子ビームを収束させる収束コイルを更に備える
ことを特徴とする輸送装置。

【請求項8】

請求項７に記載の輸送装置と、
プラズマを生成する荷電粒子ビーム生成装置と、
前記荷電粒子ビーム生成装置から前記プラズマを引き出す加速電極と、
前記質量分離装置を通過した前記荷電粒子ビームをさらに加速する後段加速器と、を備える
ことを特徴とする線形加速器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、線形加速器における荷電粒子ビームの質量分離装置、輸送装置および線形加速器に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子ビームを輸送する際に不要なイオンを除去する技術が特許文献１に記載されている。

【0003】

この特許文献１には、「加速器よりの高エネルギー・イオンビームがイオン種選定器、対物コリメータ、ビーム集束器を経て試料にスポット入射する高エネルギー荷電ビームを用いた微小領域の表面改質、又は物性・組成分析等の装置において、加速器のすぐ下流に対物コリメータを配置し、対物コリメータと四重極電磁石レンズとの間の物面距離中のドリフト空間にイオン種・ビームエネルギーの分析コンポーネントを挿入する構成としたことを特徴とする集束イオンビーム装置」が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平３―７４０３７号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｌ． Ｂｅｌｌａｎ ｅｔ ａｌ．， Ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ＬＥＢＴ ｂｅａｍ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＩＦＭＩＦ－ＥＶＥＤＡ ＲＦＱ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＬＩＮＡＣ２０１６， Ｎｕｃｌｅａｒ Ｆｕｓｉｏｎ ５５ （２０１５） ０８６００３．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の特許文献１には、ウィーンフィルタ（Ｅ×Ｂ）型質量分析器、イオン種別スリットを用いた荷電粒子ビームのイオン種選択方法が記載されている。しかし、特許文献１の構成では、大電流の荷電粒子ビーム輸送における不要イオン除去の物理的な負荷（例えばスパッタリング等）に耐えることができない、との課題がある。

【0007】

そのため、非特許文献１に記載のように、大電流の荷電粒子ビーム輸送における不要イオンの除去法として、ソレノイド磁場によるビーム収束力のイオン質量依存性を利用して、冷却機能を持ったコリメータである入射コーンに不要イオンを衝突させることで、不要イオンを除去することが考えられる。しかし、この方法では、中心起動付近におけるイオン種分離、および不要イオン除去ができない、との課題がある。

【0008】

ビーム中のイオン種が選別できずに不要イオンが残っている場合、後段加速器での放電につながるため、荷電粒子ビームの安定供給ができなくなる。そのため、大電流荷電粒子ビームの中心起動付近におけるイオン種選別には、非特許文献１の構成にウィーンフィルタ（Ｅ×Ｂ）型などの質量分離装置が必要となるが、輸送装置が大型化する、つまり輸送系長が増大することで、空間電荷効果によるビーム発散の影響が大きくなる、との課題がある。

【0009】

本発明の目的は、輸送系長を増大させずに、荷電粒子ビーム中のイオン種選別および不要イオン除去が可能な質量分離装置、輸送装置および線形加速器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子ビームのイオン種選択、不要イオンの除去を行う質量分離装置であって、複数のコイルと、前記コイルに励磁電流を供給するコイル用電源と、前記荷電粒子ビームの吸収に際して発生する熱を除去する冷却部を有する、複数の電極と、前記電極に電圧を印加する電極用電源と、を備え、前記荷電粒子ビームの軸から見た断面上において、前記電極により生成する電場と前記コイルにより生成する磁場とが直交方向に生成される位置に前記電極および前記コイルが配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、輸送系長を増大させずに、荷電粒子ビーム中のイオン種選別および不要イオン除去が可能となる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１に係る質量分離装置、輸送装置を含む線形加速器の構成概略図である。

【図2】実施例１の質量分離装置をビーム軸に平行な方向から見たときの概略構成を示す図である。

【図3】実施例１の質量分離装置における質量分離器をビーム軸に平行な方向から見たときの断面の概略形状を示す図である。

【図4】実施例１の質量分離装置における質量分離器をビーム軸に垂直な方向から見た断面形状を示す概略図である。

【図5】実施例２の質量分離装置における質量分離器をビーム軸に垂直な方向から見た断面形状を示す概略図である。

【図6】実施例３の質量分離装置における質量分離器をビーム軸に垂直な方向から見た断面形状を示す概略図である。

【図7】実施例４の質量分離装置における質量分離器をビーム軸に垂直な方向から見た断面形状を示す概略図である。

【図8】実施例５の質量分離装置における質量分離器をビーム軸に平行な方向から見たときの断面の概略形状を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に本発明の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器の実施例を、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【0014】

＜実施例１＞
本発明の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器の実施例１について図１乃至図４を用いて説明する。

【0015】

最初に、質量分離装置を含めた輸送装置を含む線形加速器の全体構成について図１を用いて説明する。図１は、実施例１に係る質量分離器１を含む線形加速器の構成概略図である。

【0016】

図１に示される線形加速器１８は、プラズマ４を生成する荷電粒子ビーム生成装置３、荷電粒子ビーム生成装置３からプラズマを引き出して荷電粒子ビーム２を加速する加速電極５，６、質量分離装置１６を含む荷電粒子ビーム２を輸送する質量分離器１を含む輸送装置１７、および質量分離装置１６を通過した荷電粒子ビーム２をさらに加速する後段加速器９で構成される。

【0017】

このうち、輸送装置１７は、荷電粒子ビーム２を収束させる収束コイル７，８、および質量分離装置１６を備える。また、質量分離装置１６は、質量分離器１、電極用電源１２、コイル用電源１３から構成される。

【0018】

荷電粒子ビーム生成装置３は、例えば、マイクロ波イオン源、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）イオン源、デュオプラズマトロン、あるいは電子銃などを用いることができる。本実施形態では、荷電粒子ビーム生成装置３としてマイクロ波イオン源を採用している。

【0019】

荷電粒子ビーム生成装置３内でマイクロ波により生成されたプラズマ４は、加速電極５，６との電位差によって引き出される。これにより、荷電粒子ビーム２が生成される。

【0020】

生成された荷電粒子ビーム２は、線形加速器１８の外壁を構成するチャンバー１４に沿って設置された収束コイル７，８によって収束されて、後段の後段加速器９に輸送される。収束コイル７，８では、例えば磁性体を用いた磁極を用いることができる。

【0021】

後段加速器９は、例えば、高周波加速器などで、ＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）やＤＴＬ（Ｄｒｉｆｔ Ｔｕｂｅ Ｌｉｎａｃ）などを採用することができ、あるいはこれらの組み合わせを採用することができる。また、後段加速器９として、コッククロフトウォルトン型やバンでグラーフ型など静電加速器を採用することもできる。

【0022】

質量分離装置１６は、荷電粒子ビーム２のイオン種選択、不要イオンの除去を行うための装置であり、複数のコイル３１、これら複数のコイル３１に励磁電流を供給するコイル用電源１３、複数の電極３０、これら複数の電極３０に電圧を印加する電極用電源１２、コイル３１で生成する磁場の強度を増加させるためのヨーク３２、を備える。

【0023】

図２に示すように、このうち、複数のコイル３１、複数の電極３０、ヨーク３２により質量分離器１が構成される。

【0024】

ここで、荷電粒子ビーム２を収束して後段加速器９に輸送する際に、収束コイル７，８によるビーム収束力を調整することで、特定の質量を持つイオン以外の不要イオンを質量分離器１で受け止めて除去する。

【0025】

荷電粒子ビーム２中の特定イオンより質量の低いイオンのビーム１０は、短焦点となり再度発散することで質量分離器１に受け止められる。一方で、特定イオンより質量の高いイオンのビーム１１は、長焦点となるため収束力が足りずに質量分離器１に受け止められて吸収する。

【0026】

このために、図１に示された線形加速器１８では、質量分離器１の形状を荷電粒子ビーム２のビーム進行方向に厚みのある形状とする。その上で、荷電粒子ビーム２が通過する複数の電極３０の間に荷電粒子ビーム２が通過するための貫通孔を設ける。

【0027】

ここで、荷電粒子ビーム２の収束力の質量依存性に基づいたイオン種選別法では、中心軌道付近の不要イオンを除去することができない。そのため、質量分離器１に図２のように電場と磁場を直交させたＥ×Ｂ型の質量分離の機能を持たせる。これにより、荷電粒子ビーム２中の特定の質量を持つイオンビーム２０のみを直進させるとともに、不要なイオンビーム２１を偏向させて、質量分離器１に吸収させて除去する。

【0028】

すなわち、荷電粒子ビーム２の軸から見た断面上において、電極３０により生成する電場とコイル３１により生成する磁場とが直交方向に生成される位置に電極３０およびコイル３１が配置されているものとする。

【0029】

その上で、Ｅ×Ｂ型の質量分離では、特定のエネルギーと質量を持つ荷電粒子に対してのみ、ローレンツ力が打ち消すように電場と磁場を調整する。このようにすることで、特定のイオン種の荷電粒子ビームのみを直進させて、それ以外のイオン種の荷電粒子ビームを偏向させることが可能となる。

【0030】

質量分離器１に上記Ｅ×Ｂ型の質量分離機能を持たせるために、図３のように電場発生用の電極３０、磁場発生用のコイル３１、およびヨーク３２で構成する。ここで、電極３０としては好適には鉄などが用いられる。なお、ヨーク３２を配置しない、もしくは電極３０を銅などの非磁性体で構成して磁性体を減らしても良いし、ヨーク３２を配置しないとともに電極３０を非磁性体で構成するとの両方を実施しても良い。

【0031】

電極用電源１２により電極３０に電圧を印加することで電場を生成し、コイル用電源１３によりコイル３１に電圧を印加することで磁場を生成する。この際、電極用電源１２とコイル用電源１３の強度比を調整して電場と磁場の強度比を調整することで荷電粒子ビーム２の軌道を調整することができる。

【0032】

図４はビーム軸方向から見た質量分離器１の断面図である。

【0033】

図４では、構成例として、８極の電極３０ａ１，３０ｂ１，３０ｃ１，３０ｄ１，３０ａ２，３０ｂ２，３０ｃ２，３０ｄ２とコサイン分布巻き型のコイル３１ａ，３１ｂを配置する形態を示している。この場合、荷電粒子ビーム２の垂直面内の任意の方向に電場および磁場を発生させることができる。

【0034】

電極３０の数は６極以上であれば、２の倍数で増加させることが可能であり、より多くの電極を持つ構造の方が均一な二極電磁場分布が生成できる。

【0035】

ここで、外周側のコイル３１ａと内周側のコイル３１ｂとは互いに独立しており、コイル用電源１３も別系統の２つの電源で構成されるものとする。

【0036】

８極の電極３０ａ１，３０ｂ１，３０ｃ１，３０ｄ１，３０ａ２，３０ｂ２，３０ｃ２，３０ｄ２のうち、ビーム軸方向から見たときに１８０°反対側に位置する電極３０ａ１，３０ａ２で１組、電極３０ｂ１，３０ｂ２で１組、電極３０ｃ１，３０ｃ２で１組、電極３０ｄ１，３０ｄ２で１組、計４組で構成され、各々独立している、すなわち電極用電源１２も別系統の４つの電源で構成される構成とする。

【0037】

しかし、電極用電源１２は、コイル用電源１３とは異なり、４組の電極３０ａ１，３０ａ２、電極３０ｂ１，３０ｂ２、電極３０ｃ１，３０ｃ２、電極３０ｄ１，３０ｄ２に印加する電圧の比率は一定であることから、電極用電源１２は抵抗などの配置によって１つの電源で構成することができる。

【0038】

図２に戻り、電極３０は、イオン種分離された不要なイオンビームや発散したイオンビームを受ける吸収体の役割も果たすため、ビーム衝突で発生する熱を除去する冷却部３３を有する。この冷却部３３は、電極３０内部の空洞に冷却材を導入する構造とすることができるが、これ以外にも電極３０の側面に冷却材が触れるような構造でも良い。なお、図４では、冷却部３３は図示の都合上省略している。

【0039】

また、図３に示すように、荷電粒子ビーム２が通過する複数の電極３０の間の貫通孔を、荷電粒子ビーム２のビーム経路の下流側程、孔径が小さくなるコーン形状とする。

【0040】

次に、本実施例の効果について説明する。

【0041】

上述した本発明の実施例１の質量分離装置１６は、荷電粒子ビーム２のイオン種選択、不要イオンの除去を行う装置であって、複数のコイル３１と、コイル３１に励磁電流を供給するコイル用電源１３と、荷電粒子ビーム２の吸収に際して発生する熱を除去する冷却部３３を備える、複数の電極３０と、電極３０に電圧を印加する電極用電源１２と、を備え、荷電粒子ビーム２の軸から見た断面上において、電極３０により生成する電場とコイル３１により生成する磁場とが直交方向に生成される位置に電極３０およびコイル３１が配置されている。

【0042】

これによって、不要イオンの吸収体と特定イオンのみ直進するウィーンフィルタ（Ｅ×Ｂ）型のイオン種分離機能を兼ねた質量分離が可能であり、線形加速器１８としての輸送系長を維持できる。したがって、空間電荷効果によるビーム発散を増大させずに、荷電粒子ビームのイオン種選別および不要イオン除去が可能となる。

【0043】

このような質量分離装置１６は、好適には線形加速器として好適であり、核融合発電炉におけるイオン供給源、中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ）あるいはシンクロトン型加速器を用いる粒子線治療装置に適用可能である。

【0044】

また、電場と磁場の強度比を調整するため、任意の方向に荷電粒子ビーム２を偏向することができるので、後段加速器９に入射する際の軌道調整を行うことが可能である。

【0045】

更に、コイル３１で生成する磁場の強度を増加させるためのヨーク３２を更に備えることで、コイル３１やコイル用電源１３の小型化などを図ることができる。

【0046】

また、荷電粒子ビーム２が通過する複数の電極３０の間の間隔が、下流側ほど径が小さくなっていることにより、収束されなかった不要イオンを効率良く止めることができる。

【0047】

更に、荷電粒子ビーム２を収束させる収束コイル７，８を更に備えることで、特定の質量を持つイオン以外の不要イオンをより効果的に質量分離器１で受け止めて除去することができる。

【0048】

＜実施例２＞
本発明の実施例２の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器について図５を用いて説明する。図５は、本実施例の質量分離器をビーム軸方向から見た断面形状を示す概念図である。

【0049】

実施例１との違いは、磁場発生用のコイル４０の巻き方である。

【0050】

図５に示す質量分離器１Ａでは、８極のそれぞれの磁極４１を巻くようにコイル４０を配置する集中巻型のコイル配置である。

【0051】

より具体的には、８極のそれぞれの磁極４１のうち、磁極４１ａ１の周囲のコイル４０ａ１と、これら磁極４１ａ１、コイル４０ａ１からビーム軸方向から見たときに１８０°反対側に位置する磁極４１ａ２とその周囲のコイル４０ａ２とが１組のコイルを形成する。

【0052】

同様に、磁極４１ｂ１の周囲のコイル４０ｂ１と、これら磁極４１ｂ１、コイル４０ｂ１からビーム軸方向から見たときに１８０°反対側に位置する磁極４１ｂ２とその周囲のコイル４０ｂ２とが１組のコイルを形成する。磁極４１ｃ１の周囲のコイル４０ｃ１と、これら磁極４１ｃ１、コイル４０ｃ１からビーム軸方向から見たときに１８０°反対側に位置する磁極４１ｃ２とその周囲のコイル４０ｃ２とが１組のコイルを形成する。磁極４１ｄ１の周囲のコイル４０ｄ１と、これら磁極４１ｄ１、コイル４０ｄ１からビーム軸方向から見たときに１８０°反対側に位置する磁極４１ｄ２とその周囲のコイル４０ｄ２とが１組のコイルを形成する。

【0053】

これらの計４組のコイル４０ａ１，４０ａ２、コイル４０ｂ１，４０ｂ２、コイル４０ｃ１，４０ｃ２、コイル４０ｄ１，４０ｄ２は、各々が独立しており、異なる電源により磁場を発生させる。

【0054】

なお、電極３０を非磁性体とし、磁極４１およびヨーク３２を配置しない構成としても良いし、これらを組み合わせて磁性体の量を減らした構成としても良い。

【0055】

また図５の構成におけるコイルをモータなどで採用される分布巻型のコイル配置としても良い。

【0056】

その他の構成・動作は前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0057】

本発明の実施例２の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器においても、前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器とほぼ同様な効果が得られる。

【0058】

＜実施例３＞
本発明の実施例３の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器について図６を用いて説明する。図６は、本実施例の質量分離器をビーム軸方向から見た断面形状を示す概念図である。

【0059】

本実施例と実施例１との違いは、図６の電極５０の電極間構造である。

【0060】

本実施例の質量分離器１Ｂでは、複数の電極５０の各々の間の空間が、荷電粒子ビーム２の軸から見た断面上において放射状にならないように、電極５０が配置されており、電極５０の外周部に配置されているコイル３１ａ，３１ｂから荷電粒子ビーム２が見えにくい構造となっている。

【0061】

その他の電極５０の構造は、実施例１の電極３０と略同じ構成であり、ビーム軸方向から見たときに１８０°反対側に位置する電極５０ａ１，５０ａ２で１組、電極５０ｂ１，５０ｂ２で１組、電極５０ｃ１，５０ｃ２で１組、電極５０ｄ１，５０ｄ２で１組、計４組で構成され、各々独立している構成とすることができるが、１つの電源で構成してもよい。

【0062】

なお、電極の電極間構造は、図６に示す電極５０のような構造に限定されず、図４や図５の電極３０の構造に各々の電極３０の間、更には図６のような電極５０の各々の電極５０の間に凹凸部を設けるなど、荷電粒子ビーム２がコイル３１に衝突しにくくなる構造とすることができる。

【0063】

その他の構成・動作は前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0064】

本発明の実施例３の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器においても、前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器とほぼ同様な効果が得られる。

【0065】

また、複数の電極５０の各々の間の空間が、荷電粒子ビーム２の軸から見た断面上において放射状にならないように、電極５０が配置されていることにより、発散した荷電粒子ビームやイオン種選別された荷電粒子ビームが、吸収体を兼ねる電極５０以外に衝突することを抑制することでコイル３１への衝突することを抑制し、不要な荷電粒子ビームによる衝突損傷や熱損傷をより抑制することができる。従って、線形加速器１８としての動作安定性をより向上させることができる。

【0066】

＜実施例４＞
本発明の実施例４の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器について図７を用いて説明する。図７は、本実施例の質量分離器をビーム軸方向から見た断面形状を示す概念図である。

【0067】

本実施例と実施例１との違いは、Ｅ×Ｂ型質量分離の電場および磁場の生成方向が固定されていることである。図７に示すように、本実施例での質量分離器１Ｃは、磁極６１、電磁極６２および複数のコイル６３で構成させる。
本実施例では、Ｅ×Ｂ型質量分離のための二極磁場が磁極６１および電磁極６２の一部を巻くように配置されるコイル６３に流れる電流によって発生させる。また電場については、電磁極６２にのみ電圧を印加することで、磁場と直交方向に発生させる。

【0068】

図７に示す質量分離装置では、電磁極６２用とコイル６３用の２組の電源が必要である。

【0069】

磁極６１および電磁極６２は、不要なイオン種を含む荷電粒子ビームが衝突して熱が発生するため、冷却部が必要となる。その冷却部の冷却構造については、実施例１の電極３０の冷却部３３と同様の構造とすることができる。

【0070】

なお、後述する図８と同様に、本実施例では、一対の平板電極と一対のコイルのみを用いた簡易構造を採用することができる。

【0071】

その他の構成・動作は前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0072】

本発明の実施例４の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器においても、前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器とほぼ同様な効果が得られる。

【0073】

また、本実施例では、磁場および電場の発生方向を変更することができない。そのため、実施例１のように電場および磁場を調整することで、加速対象の特定のイオンビームを任意の方向に偏向することはできない。しかしＥ×Ｂ型の質量分離の機能のみを必要とする場合は、実施例１に対して電源の数を大幅に減少させることができる、との利点がある。

【0074】

＜実施例５＞
本発明の実施例５の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器について図８を用いて説明する。図８は、本実施例の質量分離器をビーム軸に平行な方向から見た断面形状を示す概念図である。

【0075】

図８に示すように、本実施例の質量分離装置の質量分離器１Ｄでは、実施例１と異なり、荷電粒子ビーム２の吸収に際して発生する熱を除去する冷却部７４を備える複数の電極７０、複数のコイル７１、コイル７１で生成する磁場の強度を増加させるためのヨーク７２が荷電粒子ビーム２のビーム軸と平行になるように配置されている構造である点である。

【0076】

実施例１のように収束コイル７，８を用いる必要がない場合、質量分離器１は図３のようなコーン形状である必要はない。そのため、図８のように質量分離器１Ｄのうち、チャンバー１４内に配置される各構造を荷電粒子ビーム２のビーム軸に対して平行な直線構造とすることができる。

【0077】

なお、実施例１と同様に、ヨーク７２を配置しない、もしくは電極７０を非磁性体で構成して磁性体を減らしても良いし、両方を実施しても良い。

【0078】

その他の構成・動作は前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0079】

本発明の実施例５の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器においても、前述した実施例１の質量分離装置、輸送装置、および線形加速器とほぼ同様な効果が得られる。

【0080】

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0081】

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0082】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…質量分離器
２…荷電粒子ビーム
３…荷電粒子ビーム生成装置
４…プラズマ
５，６…加速電極
７，８…収束コイル
９…後段加速器
１０…低質量イオンビーム
１１…高質量イオンビーム
１２…電極用電源
１３…コイル用電源
１４…チャンバー
１６…質量分離装置
１７…輸送装置
１８…線形加速器
２０…選別後のイオンビーム
２１…不要イオンビーム
３０，３０ａ１，３０ａ２，３０ｂ１，３０ｂ２，３０ｃ１，３０ｃ２，３０ｄ１，３０ｄ２…電極
３１，３１ａ，３１ｂ…コイル
３２…ヨーク（磁性体）
３３，７３…冷却部
４０，４０ａ１，４０ａ２，４０ｂ１，４０ｂ２，４０ｃ１，４０ｃ２，４０ｄ１，４０ｄ２…コイル
４１，４１ａ１，４１ａ２，４１ｂ１，４１ｂ２，４１ｃ１，４１ｃ２，４１ｄ１，４１ｄ２…磁極（磁性体）
５０，５０ａ１，５０ａ２，５０ｂ１，５０ｂ２，５０ｃ１，５０ｃ２，５０ｄ１，５０ｄ２…電極
６１…磁極（磁性体）
６２…電磁極
６３…コイル
７０…電極
７１…コイル
７２…ヨーク（磁性体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】