目的イオントラップの改善と改良イオンビームの蓄積とトラップ性能の評価イオントラップの特徴静電型小型同エネルギーであれば同じ動作条件で蓄積全長500 mm 1 イオントラップの概要 VM VM イオンの入射方向 Field free 入口出口 250 mm VL L=500mm VL 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－蓄積されたイオンが取り出される 2 製作したイオントラップ(電極) Field free領域 500mm 3 改善点1 トラップ電極の軸あわせ電極がずれるとトラップの効率がわるくなる 4 電圧印加電極の中心軸を合わせて配置 MCP 1枚のみ軸から0.5 mmずらすと電極の中心軸をずらして配置 MCP 5 改善点2 電圧の立ち上げ時間 VM VM イオンの入射方向入口出口 VL VL 1.2keV-Ar+イオンの周回時間：12  sec ☆電圧の立ち上がり時間は1 μsec以下☆ 6 補助電極のスイッチング VM VM 入口出口 VL VL 7 Cs i  Cを1 0p Fとすると VM q：i コンデンサー C s iの電荷 R：抵抗 Vin (t：) 入力電圧入口  dq dq R 4  3 dt  dt  dq dq R 3  2 dt  dt R  q2  q4 VM   V ( t ) in  c   q2  q3  q4   Vin (t )  c  出口  dq2 dt dq2 2q2  q3   Vin (t ) dt c VL VL switch4_trap-Linearized Transient-0-Graph 2.000m 4.000m 6.000m 8.000m T ime (s ) 10.000m (V) 1.500k 1.000k 500.000 0.0 8 VM VM 入口出口 VL VL 9 Voltage(V) 補助電極を直接スイッチ 100 Voltage(V) 0sec 1msec Time 100 0sec 1μsec Time 10 実験トラップ内を周回運動するイオンの確認蓄積イオンの寿命測定 1.2 keVイオンを蓄積し、蓄積中に残留ガスとの荷電変換衝突により逃れてきた中性粒子数の時間変化を測定中性粒子入口出口 Trap MCP Amp.. Discriminator. MCS. 11 実験1 トラップ内を周回運動するイオン確認 ☆ 周回時間に比べて短い長さのイオン集団(バンチビーム)を生成し、トラップに蓄積出口入口 12 実験装置図デフレクターでバンチを生成 500 mm 生成されたバンチビームバンチをトラップに蓄積 13 バンチビームの形状 5.3  sec バンチ形状 0 1.2 keV-Ar+ Length of bunch(cm) 20 30 40 10 50 60 count 150 100 4.2 μsec 50 0 0 1 2 3 4 Time(usec) 5 6 7 8 14 実験結果－トラップ内の周回運動するビーム 5.3μsec バンチをトラップ逃れてきた中性粒子数をカウント 1.2keV-Kr+イオン真空度：1.0×10-7 Torr 反射電極：1870V 1.2keV-Ar レンズ電圧：1140V Ar Kr 20 Count 15 10 5 0 10 20 30 Channel 40 2μsec / ch 50 15 周回時間 50 Ar Kr 40 Count 30 20 10 0 0 2 4 6 8 delta Channel 10 1.2keV-Ar+： 12.08±0.13 μsec 1.2keV-Kr+： 17.36±0.23 μsec 12 14 16 実験2 蓄積イオンの寿命測定蓄積されているイオン数の減少は・・・ I (t )  I 0 expnvt  I (t ) : 蓄積開始からt秒後にトラップされているイオン数 I0 : 蓄積開始直後にトラップされているイオン数  : 蓄積されているイオンの電子捕獲断面積 v : 蓄積されているイオンの速度 n :トラップ内の残留ガスの原子数密度 1  nv 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 17 実験結果－イオン種 Count 1000 He τ= 2.55±0.08 msec Ar τ= 6.41±0.10 Kr τ= 8.59±0.39 100 10 0 10 20 30 Time(msec) 反射電極：1870 V レンズ電圧：1130 V 真空度：2.6×10-7 Torr 18 E 実験結果－イオン種 1 mv 2 2 1 m    nv  質量のルートに比例 -3 10x10 Kr+ Lifetime(sec) 8 Ar+ 6 lifetime fitting He+ 4 2 0 0 2 4 6 8 10 square root of mass 19 実験結果－真空 1.0×10-6 Torr Ar0_1.0e-6 Torr Ar0_2.6e-7 Torr 2.6×10-7 Torr Ar0_2.6e-8 Torr 2.6×10-8 Torr Ar0_1.1e-8 Torr 1.1×10-8 Torr count 1000 τ= τ= τ= τ= 1.71±0.21 6.41±0.10 62.3±1.1 151±11 msec 100 10 1 0 反射電極：1870 V 50 100 Time(msec) レンズ電圧：1130 V 150 200 イオン種：1.2keV-Ar+ 20 実験結果－真空  1 1  nv p トラップ内真空度の逆数に比例 0.16 1.1×10-8 Torr 0.14 lifetime(sec) 0.12 0.10 2.7×10-8 Torr 0.08 lifetime fitting 0.06 2.7×10-7 Torr 0.04 0.02 1.0×10-6 Torr 0 20 40 60 inverse vuccum(1/Torr) 80 6 100x10 21 まとめイオントラップの改良を重ねた結果・・・トラップ内を運動するイオンが確認できた周回時間がシミュレーションと一致トラップ内のイオンの寿命が測定できた寿命は真空依存・質量依存とも見積もられる性質を示した 22 今後の展望蓄積イオンの寿命を測定でき、真空依存が確認できたことからさらに真空をよくすれば、寿命も真空の逆数に比例して延びると期待される。さらに寿命が延びれば・・・ 1. 2原子分子イオンの振動状態、回転状態の冷却 HeH+、HD+等質量によらずイオンを蓄積できる利点を生かし・・・ 2. 多原子分子イオンの振動状態、回転状態の冷却 HD2+、クラスターイオン、高分子イオン等 Field free regionでのイオンのエネルギー、運動の方向性は非常によく揃っているのでトラップからこの領域で実験を行うことが可能 A.振動基底状態の解離反応の反応確率の測定 B.振動基底状態に冷却し、その後一定の振動状態に励起させた分子イオンの反応確率を 23 測定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 24