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公開番号2025083701
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-02
出願番号2023197236
出願日2023-11-21
発明の名称荷電粒子ビーム輸送装置及び荷電粒子ビームの中和方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人開知
主分類H05H 3/00 20060101AFI20250526BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】従来に比べて長時間の安定した荷電粒子ビームの供給を実現する荷電粒子ビーム輸送装置及び荷電粒子ビームの中和方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビーム輸送装置20は、ビーム軌道に沿って配置された、空間電荷を中和する中和剤を注入する1つ以上の注入口8a,8b,8cと、注入口8a,8b,8cからの中和剤の注入量を制御する流量調整器9a,9b,9c、制御装置12と、を備え、空間電荷分布及びビーム損失率の評価に基づいて注入量を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
荷電粒子ビーム輸送装置であって、
ビーム軌道に沿って配置された、空間電荷を中和する中和剤を注入する１つ以上の中和剤注入部と、
前記中和剤注入部からの前記中和剤の注入量を制御する注入量制御装置と、を備え、
空間電荷分布及びビーム損失率の評価に基づいて前記注入量を制御する
荷電粒子ビーム輸送装置。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム輸送装置において、
空間電荷分布及びビーム損失率の評価を行う演算装置を更に備え、
前記演算装置は、前記ビーム軌道上の前記空間電荷分布と、前記中和剤の分布と、前記ビーム損失率の演算結果に基づいて前記注入量を求める
荷電粒子ビーム輸送装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム輸送装置において、
ビーム条件ごとの前記中和剤の注入量を記録したテーブルを有する記録装置を備え、
前記注入量制御装置は、ビーム条件ごとに前記テーブルを参照して前記注入量を制御する
荷電粒子ビーム輸送装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の荷電粒子ビーム輸送装置において、
前記ビーム軌道あるいは電荷密度を測定する測定器を更に備え、
前記測定器により測定された前記ビーム軌道あるいは前記電荷密度に基づいて前記空間電荷分布を評価する
荷電粒子ビーム輸送装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム輸送装置において、
前記中和剤として、中性ガス、電子、イオンのうちいずれかを用いる
荷電粒子ビーム輸送装置。
【請求項６】
空間電荷分布及びビーム損失率の評価に基づいて、ビーム軌道に沿って配置された１つ以上の中和剤注入部から、空間電荷を中和する中和剤を注入する
荷電粒子ビームの中和方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム輸送装置及び荷電粒子ビームの中和方法に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
空間電荷効果の補正を電子軌道の面内に対して高い一様性で行い、電子とイオンとの衝突による電子ビームの損失を減らして効率良く空間電荷を中和し、ビーム電流を増大して高スループット化を図る技術の一例として、特許文献１には、電子銃から放出された電子ビームを収束する機能を備え、電子ビームの軌道領域の周囲に設けられたイオン発生手段と、イオン発生手段から発生するイオンビームを電子ビームの軌道領域に照射するイオン照射手段とを備え、イオンビームを電子ビームの軌道領域に照射することで、電子ビームにより形成される空間電荷を中和し、空間電荷効果を低減する、技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－１９１９５号号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
荷電粒子ビームの輸送では、ビーム中の荷電粒子同士がクーロン反発により発散する。このビーム発散は空間電荷効果と呼ばれている。この空間電荷効果を抑制するためには、ビーム中の荷電粒子と反対の電荷を持った荷電粒子をビーム軌道上に照射する。これにより、ビーム軌道上に正負両方の荷電粒子が存在するので空間電荷が低減される。
【０００５】
電子ビームに対する空間電荷効果の抑制に関する技術が特許文献１に記載されている。
【０００６】
しかし、荷電粒子ビームの空間電荷効果を低減するために中和剤を入射すると、荷電粒子ビームと中和剤との反応によって荷電粒子ビーム自身が中性化する反応も起こる。中性化されたビームは、電磁相互作用によって加速や軌道制御ができないので、ビーム輸送中に損失する。つまり、荷電粒子ビームの損失を最小限に留めつつ効果的に空間電荷を低減しなければならない。
【０００７】
そのためには、荷電粒子ビームの軌道が集約しており空間電荷が高い部分では中和剤の入射量を増やし、一方の軌道が広がって空間電荷の低い領域では中和剤注入量を減らす必要がある。
【０００８】
特許文献１には、電子ビームの軌道に対して垂直面内の軸対称方向からイオンビームを照射することで、垂直面内の空間電荷を均一に中和する手法が記載されている。また電流密度の大小に応じてイオンビームの照射位置を調整することで、空間電荷効果を効率良く低減する装置が記載されている。
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の技術は、電子ビーム露光装置のような小型の体系における局所的な空間電荷の中和を前提としている。
【００１０】
産業や医療用の荷電粒子ビーム加速器のような大きな体系の装置では、中和剤を注入した後の分布を考慮して、注入量などを制御する必要がある。また荷電粒子ビームと中和剤の相互作用によるビーム損失も考慮した中和剤分布の制御が必要となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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