蓄積イオンビームのトラップからの引き出し 分子イオンを振動基底状態にそろえて衝突解離実験を行う 課題 ・ 引き出したビームの量 → 衝突解離実験に十分な量か？ ・ 引き出したビームの径 → 衝突解離実験に必要とされる径か？ HeH、HD、COのデータ。 静電型イオンビームトラップについての参考は T. Ota, M. Saito, A. Yokota, and Y. Haruyama Japanese Journal of Applied Physics, 45 (2006) 5263
イオントラップの概要 イオンの入射方向 Field free 250 1. 出口側電極をONにする － イオンは入口側に跳ね返る V V V M M イオンの入射方向 Field free 250 入口 出口 L L L=500mm 1. 出口側電極をONにする － イオンは入口側に跳ね返る 2. 次に、入り口側電極をONにする － イオンはトラップ内を往復運動する 3. 出口側電極をOFFにする － トラップされたイオンが取り出される
静電型イオントラップの電極構造 Field free領域 500mm
イオントラップの外観 500mm 13 400 l / sec TMP
蓄積イオンの寿命 蓄積されているイオン数の減少は、トラップから逃れてくる中性粒子数に反映 反射電極：1870 V レンズ電圧：1130 V イオン種：1.2keV-Ar+ p0 トラップ内の残留ガス真空度 蓄積されているイオン数の減少は、トラップから逃れてくる中性粒子数に反映 一定時間 Dt の間に生じる中性粒子数 １電子捕獲断面積 残留ガスの原子数密度 蓄積イオンの速度 時刻t における蓄積イオン数 60 蓄積イオン数が1/eになる時間(τ)を蓄積されているイオンの寿命としてトラップ性能を評価
イオン引き出し実験セットアップ
セットアップの外観 45°分析電磁石 ＭＣＰ－ＰＳＤ トラップ 90°デフレクタ MCP
実験パラメータ 入射ビーム： 1.2 keV Ar ビーム 入射ビーム量： 4 nA (DC)ビーム のパルス化 分子解離実験に用いるHD+イオンを模擬 入射ビーム： 1.2 keV Ar ビーム 入射ビーム量： 4 nA (DC)ビーム のパルス化 パルス幅 10 ms 繰り返し 20 Hz 蓄積（冷却）時間： 10 ms ～100 ms 反射電極電圧 1870 V（第1電極） レンズ電圧 1130 V トラップ真空度 5×10-9 Torr +
結果1 蓄積イオンビームの取り出し デフレクタを動作させずに、トラップより出てくる粒子数すべてを出口正面のMCPで測定 入射直後のイオン 結果1 蓄積イオンビームの取り出し Intensity (arb. unit) 入射直後のイオン からの中性粒子 取り出された イオンビーム 蓄積中のイオン からの中性粒子 30 この瞬間 出口電圧OFF この瞬間 入口電圧ON デフレクタを動作させずに、トラップより出てくる粒子数すべてを出口正面のMCPで測定
結果 20 counts / 1 pulse × 20 pulse / s = 400 cps 20Hzの繰り返しパルスで引き出されるイオンビーム Intensity (arb. unit) 結果 20 counts / 1 pulse × 20 pulse / s = 400 cps パルス周波数を100Hz近くまであげることが可能 → 2000cps
実験２ 引き出しビームの径 デフレクターでエネルギー 分析後、MCP位置検出器 （MCP-PSD)で測定 図はビームの検出位置 実験２ 引き出しビームの径 600 500 400 300 200 100 Counts -6 -4 -2 2 4 6 X coordinate (mm) :X軸に対する射影の積分値 ：fitting デフレクターでエネルギー 分析後、MCP位置検出器 （MCP-PSD)で測定 図はビームの検出位置 毎の計数を、水平（X) 方向と鉛直（Y）方向に 射影した値を示す。径は 半値幅で約4 mm、 1/10幅で約7 mm であることがわかる。 600 500 400 300 200 100 Counts -6 -4 -2 2 4 6 Y coordinate (mm) :Y軸に対する射影の積分値 ：fitting
まとめ 課題 引き出しイオンビーム量を測定した 引き出しイオンビーム量を測定した パルス周波数を100Hz近くまであげることで2000 cpsの蓄積イオンを1.2keV イオンビームとして取り出すことができる。これは、目的の分子イオン解離実験が可能なビーム量である。 引き出しイオンビーム径を測定した 半値幅で約4 mm、1/10幅で約7 mmである。 課題 分子イオン解離実験の分解能に必要なビーム径は最大で 1 mm ほどであり、ビーム量から考えると スリットでコリメートする方法は取れない。 デフレクタ下流に集束レンズの必要性
京都府立大学応用物理学研究室 研究内容のページに戻る