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本研究では、かすかなテーパーを持たせた細いガラス管(ガラスキャピラリ)にMeV領域のエネルギーを持つ高速イオンビームを入射させ、ガラスとイオンとの相互作用を利用して、イオンビームを数百nm領域まで収束する技術の開発を行った。市販のガラス管を試行錯誤しながら加熱・延伸することによって種々の形状、寸法を持つキャピラリを作製した。それらを防震ビームラインに搭載してイオンの透過特性を評価したところ、2MeVのHe+イオンビームを入口口径1mm、出口口径300nmのガラスキャピラリに通した場合で、透過率0.01-1%が得られ、かつ透過イオンのエネルギー損失はほとんど無視できる程度であった。従来、高速イオンをマイクロビーム化するには大型の電磁レンズを使用する必要があったが、小型・軽量のガラスキャピラリだけで簡単に数百nm径のビームが得られることの意義は大きい。本技術は、イオン散乱やX線放出を利用した材料解析やイオンビーム加工等の分野で広く応用が可能と考えられる。応用の一端としてSi-LSIチップのRBS測定を行い、1μmより良い面分解能で非破壊的に3次元分析が可能であることを確認し、また粒子励起X線放出(PIXE)分析もスタートしている。ビーム収束のメカニズムを詳しく解明するには至ってないが、イオンビーム照射を受けて、まずガラスキャピラり内壁が帯電し、静電相互作用によってイオンビームを偏向・収束しているものと考察される。
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