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MeV級エネルギーのフラーレン(C60)イオンビームは、高密度エネルギー付与を特徴とし、阻止能、二次イオン・二次電子放出、照射損傷など様々な物理現象で単原子イオンの照射とは異なる照射効果が発現するため、新機能性材料開発や高感度分析技術への貢献が期待されている。質量数が720と大きなC60イオンをMeV級エネルギーへ加速させるにはタンデム加速器が有用であるが、一般的に用いられるセシウムスパッタ型負イオン源で生成されるC60負イオンビーム強度が非常に少ないことが課題となっている。本研究では、電子付着型の新たな負イオン源を開発することで、高強度のC60負イオンを生成するイオン源技術の開発を行った。
電子付着型のC60負イオン生成では、昇華させたC60に低エネルギーの電子を付着させることにより負イオンを生成する。そのため、C60昇華用オーブン、熱電子生成用フィラメント及びチェンバーで構成する負イオン源を製作した。フィラメントとチェンバー間には、熱電子を引き出すためのバイアス電圧を印加し、バイアス電圧に対するC60負イオンビーム強度の測定を行った結果、20V以上のバイアス電圧においてビーム強度が増大した。これは、C60の電離の際に放出される低エネルギーの電子が負イオン化に寄与したためだと考えている。その結果、45Vのバイアス電圧で最大700nA程度と、セシウムスパッタ型イオン源と比べ4桁以上高強度のC60負イオン生成に成功した。しかし製作したイオン源では、フィラメントに付着物が堆積することにより、ビーム強度は時間と共に減少する傾向であり、ビーム強度を維持するためには、フィラメントに供給する電力を時間と共に増加させることが必要である。今後はビーム強度の安定性を向上させるため、イオン源構造の改良を引き続き行っていく予定である。
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