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JP2001343364A - Device for detecting specific atoms in solids - Google Patents

Device for detecting specific atoms in solids

Info

Publication number
JP2001343364A
JP2001343364A JP2000167350A JP2000167350A JP2001343364A JP 2001343364 A JP2001343364 A JP 2001343364A JP 2000167350 A JP2000167350 A JP 2000167350A JP 2000167350 A JP2000167350 A JP 2000167350A JP 2001343364 A JP2001343364 A JP 2001343364A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
wavelength
ion
ions
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000167350A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Yanagida
達哉 柳田
Nobuhisa Yokogawa
伸久 横川
Hirobumi Nakamura
博文 中村
Toshihiko Yamanishi
敏彦 山西
Tetsuyuki Konishi
哲之 小西
Masataka Nishi
正孝 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Atomic Energy Agency
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Atomic Energy Research Institute, Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Japan Atomic Energy Research Institute
Priority to JP2000167350A priority Critical patent/JP2001343364A/en
Publication of JP2001343364A publication Critical patent/JP2001343364A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微量の特定原子を、感度よく検出することが
可能な特定原子の検出装置を提供する。 【解決手段】 引出電極が、測定対象物の周囲の空間に
引出電界を発生させる。イオン輸送路が、引出電極によ
り引き出されたイオンを輸送する。イオン検出器が、イ
オン輸送路を輸送されたイオンを検出する。レーザ光源
が、イオン輸送路内に、イオンの輸送方向とは反対の方
向に伝搬するようにレーザビームを入射させる。入射し
たレーザビームが、測定対象物まで到達し、アブレーシ
ョンを起こさせる。
(57) [Problem] To provide a specific atom detection device capable of detecting a trace amount of a specific atom with high sensitivity. An extraction electrode generates an extraction electric field in a space around an object to be measured. The ion transport path transports the ions extracted by the extraction electrode. An ion detector detects ions transported through the ion transport path. A laser light source causes a laser beam to enter the ion transport path so as to propagate in a direction opposite to the ion transport direction. The incident laser beam reaches the object to be measured and causes ablation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体中の特定原子
の検出装置に関し、特にレーザを用いてアブレーション
を起こさせ、飛散した物質中の特定原子を検出する検出
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for detecting a specific atom in a solid, and more particularly to a device for detecting a specific atom in a scattered substance by ablation using a laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開平10−48370号公報に、トリ
チウムを含む材料の表面に紫外レーザを照射してアブレ
ーションを生じさせ、飛散したトリチウムの量を測定す
る方法が開示されている。飛散したトリチウムの量を測
定する方法として、四重極質量分析、電離箱等による方
法が例示されている。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-48370 discloses a method of irradiating an ultraviolet laser to a surface of a material containing tritium to cause ablation and measuring the amount of scattered tritium. As a method of measuring the amount of the dispersed tritium, a method using quadrupole mass spectrometry, an ionization chamber or the like is exemplified.

【0003】核融合炉は、水素同位体であるデューテリ
ウム(D)とトリチウム(T)を燃料としている。これ
らの元素の核融合反応を生じさせるために、約1億度以
上のプラズマ状態を保持する必要がある。プラズマの保
持は、真空容器内につくられる磁場によって行われる。
そのプラズマに面しているプラズマ対向機器の材料表面
は、これらの燃料ガス(D、T)及びそのプラズマに直
接晒されることとなり、その材料中にこれらの元素が溶
け込んでいくこととなる。
[0003] Fusion reactors use deuterium (D) and tritium (T), which are hydrogen isotopes, as fuel. In order to cause a fusion reaction of these elements, it is necessary to maintain a plasma state of about 100 million degrees or more. The plasma is maintained by a magnetic field created in the vacuum vessel.
The material surface of the plasma-facing device facing the plasma is directly exposed to the fuel gas (D, T) and the plasma, and these elements dissolve into the material.

【0004】図8は、炉心周辺の燃料の流れを模式的に
示した図である。超電導コイル55で囲まれた真空容器
51内に燃料注入装置52からデューテリウム、トリチ
ウムが供給される。真空容器51内は、真空排気装置5
3により真空排気される。真空容器51の内部空間にプ
ラズマ63を発生させ、そのプラズマを種々の励起手段
によって1億度以上の温度まで加熱する。真空容器51
の内面の一部に、ダイバータ板61が取り付けられてい
る。ダイバータ板61は、プラズマ周辺部の粒子を中性
化する。真空容器51及びダイバータ板61に燃料ガス
及びそのプラズマが直接接することとなり、その材料中
に燃料ガスの元素が溶け込むこととなる。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a fuel flow around the core. Deuterium and tritium are supplied from a fuel injection device 52 into a vacuum vessel 51 surrounded by a superconducting coil 55. The inside of the vacuum vessel 51 includes a vacuum exhaust device 5.
3 is evacuated. A plasma 63 is generated in the internal space of the vacuum vessel 51, and the plasma is heated to a temperature of 100 million degrees or more by various excitation means. Vacuum vessel 51
A diverter plate 61 is attached to a part of the inner surface of. The diverter plate 61 neutralizes particles around the plasma. The fuel gas and its plasma come into direct contact with the vacuum vessel 51 and the diverter plate 61, so that the fuel gas element dissolves into the material.

【0005】一方、トリチウムは放射性元素であり、核
融合炉全体の安全管理上、真空容器51等の材料に含ま
れるトリチウム量を把握しておく必要がある。上記特開
平10−48370号公報に開示された方法では、トリ
チウムを分析可能な形で取り出し、四重極質量分析等で
検出する。
[0005] On the other hand, tritium is a radioactive element, and it is necessary to know the amount of tritium contained in the material of the vacuum vessel 51 and the like for safety management of the whole fusion reactor. In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-48370, tritium is extracted in a form that can be analyzed, and detected by quadrupole mass spectrometry or the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】四重極質量分析による
方法では、感度が低く、微量の特定原子を検出すること
が困難である。
In the method using quadrupole mass spectrometry, the sensitivity is low and it is difficult to detect a trace amount of a specific atom.

【0007】本発明の目的は、微量の特定原子を、感度
よく検出することが可能な特定原子の検出装置を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a specific atom detecting device capable of detecting a trace amount of a specific atom with high sensitivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、測定対象物の周囲の空間に引出電界を発生させる引
出電極と、前記引出電極により引き出されたイオンを輸
送するイオン輸送路と、前記イオン輸送路を輸送された
イオンを検出するイオン検出器と、前記イオン輸送路内
に、イオンの輸送方向とは反対の方向に伝搬するように
レーザビームを入射させ、前記測定対象物まで到達させ
てアブレーションを起こさせるレーザ光源とを有する特
定原子検出装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided an extraction electrode for generating an extraction electric field in a space around an object to be measured, an ion transport path for transporting ions extracted by the extraction electrode, An ion detector for detecting ions transported through the ion transport path, and a laser beam is incident on the ion transport path so as to propagate in a direction opposite to the transport direction of the ions, and reaches the object to be measured. A specific atom detection device having a laser light source that causes ablation to occur is provided.

【0009】測定対象物を、その表面がレーザビームの
光軸と垂直になるように配置すると、測定対象物からの
飛散物がイオン輸送路に向かって飛び出す。飛散物がイ
オン化され、イオン輸送路内を輸送される。輸送された
イオンがイオン検出器で検出される。飛散物がイオン輸
送路に向かって飛び出すため、イオンを効率的にイオン
輸送路内に導入することができる。
When the object to be measured is arranged such that the surface thereof is perpendicular to the optical axis of the laser beam, the scattered matter from the object to be measured jumps out toward the ion transport path. The flying matter is ionized and transported in the ion transport path. The transported ions are detected by an ion detector. Since the flying objects fly out toward the ion transport path, ions can be efficiently introduced into the ion transport path.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に、
図3〜図7を参照して、本発明に関連した特定原子の検
出装置及び検出の原理について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing embodiments of the present invention,
With reference to FIG. 3 to FIG. 7, a description will be given of a specific atom detection device and detection principle related to the present invention.

【0011】図3は、本発明に関連した検出装置の概略
図を示す。真空容器1内に、引出電極2a及び2bが配
置されている。引出電極2a及び2bは、相互にほぼ平
行に配置され、両者に挟まれた空間内に測定対象物5が
保持される。一方の引出電極2aに正電圧が印加され、
他方の引出電極2bに負電圧が印加されている。この電
圧により、引出電極2a及び2bに挟まれた空間内に引
出電界が発生する。負電圧が印加されている引出電極2
bはメッシュ状にされている。
FIG. 3 shows a schematic diagram of a detection device according to the present invention. The extraction electrodes 2a and 2b are arranged in the vacuum vessel 1. The extraction electrodes 2a and 2b are arranged substantially parallel to each other, and the measurement object 5 is held in a space sandwiched therebetween. A positive voltage is applied to one extraction electrode 2a,
A negative voltage is applied to the other extraction electrode 2b. With this voltage, an extraction electric field is generated in the space between the extraction electrodes 2a and 2b. Extraction electrode 2 to which negative voltage is applied
b is a mesh.

【0012】レーザ光源10から放射されたレーザが、
レンズ11で集光され、レーザ導入窓13を透過して真
空容器1内に導入される。真空容器1内に導入されたレ
ーザは、測定対象物5を照射する。レーザ導入窓13か
ら導入されたレーザの光軸は、引出電界の向きとほぼ直
交する。レーザ光源10は、例えば波長可変の色素レー
ザ装置である。レンズ11は、例えば焦点距離300m
mの凸レンズである。
The laser emitted from the laser light source 10 is
The light is condensed by the lens 11, passes through the laser introduction window 13, and is introduced into the vacuum vessel 1. The laser introduced into the vacuum vessel 1 irradiates the object 5 to be measured. The optical axis of the laser introduced from the laser introduction window 13 is substantially perpendicular to the direction of the extracted electric field. The laser light source 10 is, for example, a wavelength-variable dye laser device. The lens 11 has a focal length of 300 m, for example.
m convex lens.

【0013】測定対象物5にレーザが照射されるとアブ
レーションが生じ、測定対象物5の表面層の一部が飛散
する。飛散物質中には、測定対象物5を構成する原子、
測定対象物5に含まれている不純物原子、及びこれらの
イオンが含まれている。正のイオンは、引出電界により
メッシュ状の引出電極2bに引き寄せされ、真空容器1
に取り付けられた飛行時間型質量分析計20に導入され
る。
When the laser beam is applied to the measuring object 5, ablation occurs, and a part of the surface layer of the measuring object 5 is scattered. In the scattered substance, atoms constituting the object 5 to be measured,
Impurity atoms contained in the measurement object 5 and these ions are included. The positive ions are attracted to the mesh-shaped extraction electrode 2b by the extraction electric field, and
Is introduced into the time-of-flight mass spectrometer 20 attached to the camera.

【0014】図4は、飛行時間型質量分析計20の概略
断面図を示す。真空容器1内に引出電極2a及び2bが
配置されており、引出電極2bよりも下流側(図2の左
側)に、飛行時間型質量分析計20が配置されている。
飛行時間型質量分析計20は、真空ダクト40、及びそ
の内部に配置された加速電極25、スリット26、2
7、28、マイクロチャネルプレート(MCP)29、
アノード(コレクタ)30、及び電流計31を含んで構
成される。
FIG. 4 is a schematic sectional view of the time-of-flight mass spectrometer 20. Extraction electrodes 2a and 2b are arranged in the vacuum vessel 1, and a time-of-flight mass spectrometer 20 is arranged downstream (left side in FIG. 2) of the extraction electrode 2b.
The time-of-flight mass spectrometer 20 includes a vacuum duct 40, an accelerating electrode 25, a slit 26,
7, 28, micro channel plate (MCP) 29,
An anode (collector) 30 and an ammeter 31 are included.

【0015】真空ダクト40の上流側開口部に引出電極
2bが取り付けられている。加速電極25、スリット2
6、27、28、MCP29、及びアノード30は、上
流側から下流側に向かってこの順番に配置されている。
例えば、引出電極2aとアブレーション位置Pとの距離
L1は40mm、アブレーション位置Pと引出電極2b
との距離L2は10mmである。引出電極2bと加速電
極25との間隔L3は30mm、加速電極25とスリッ
ト26との間隔L4は114mm、スリット26とスリ
ット27との間隔L5は140mm、スリット27とM
CP28との間隔は70mmである。
An extraction electrode 2b is attached to the upstream opening of the vacuum duct 40. Acceleration electrode 25, slit 2
6, 27, 28, the MCP 29, and the anode 30 are arranged in this order from the upstream side to the downstream side.
For example, the distance L1 between the extraction electrode 2a and the ablation position P is 40 mm, and the ablation position P and the extraction electrode 2b
Is 10 mm. The interval L3 between the extraction electrode 2b and the acceleration electrode 25 is 30 mm, the interval L4 between the acceleration electrode 25 and the slit 26 is 114 mm, the interval L5 between the slit 26 and the slit 27 is 140 mm, and the slit 27 and M
The distance from the CP 28 is 70 mm.

【0016】MCP29は、内壁を抵抗体とした細いガ
ラスパイプを多数束ねた二次元構造を有する。それぞれ
のガラスパイプは、独立した二次電子増倍器を形成して
いる。各ガラスパイプの入射側の端部からイオンが入射
し、その内壁に衝突すると、内壁から二次電子が放出さ
れる。MCP29の両端には電圧が印加されており、放
出された二次電子は、この電圧により生ずる電界によっ
て加速され、再び内壁に衝突し二次電子を放出する。こ
の過程がガラスパイプに沿って繰り返され、出力側から
多数の二次電子が放出される。
The MCP 29 has a two-dimensional structure in which many thin glass pipes each having an inner wall as a resistor are bundled. Each glass pipe forms an independent secondary electron multiplier. When ions are incident from the incident side end of each glass pipe and collide with the inner wall, secondary electrons are emitted from the inner wall. A voltage is applied to both ends of the MCP 29, and the emitted secondary electrons are accelerated by an electric field generated by the voltage, collide again with the inner wall, and emit secondary electrons. This process is repeated along the glass pipe, and many secondary electrons are emitted from the output side.

【0017】例えば、引出電極2aに0Vの電位が印加
され、引出電極2bに−300Vの電位が印加され、加
速電極25、スリット26、27、28、及びMCP2
9の入口29aに−2300Vの電位が印加され、MC
P29の出口29b及びアノード30に−300Vの電
位が印加されている。
For example, a potential of 0 V is applied to the extraction electrode 2a, a potential of -300V is applied to the extraction electrode 2b, and the acceleration electrode 25, the slits 26, 27, 28, and the MCP 2
9, a potential of -2300 V is applied to the inlet 29a,
A potential of -300 V is applied to the outlet 29b of P29 and the anode 30.

【0018】位置Pにおいてアブレーションにより生成
した飛散物質中の正イオンは、引出電極2bに引き寄せ
られ、加速電極25で加速されてスリット26、27、
28を通過し、MCP29に入射する。入射するイオン
の量に応じた二次電子がMCP29の出口29bから放
出される。この二次電子がアノード30に補足され、電
流計31により検出される。
Positive ions in the scattered substance generated by ablation at the position P are attracted to the extraction electrode 2b, accelerated by the acceleration electrode 25, and
28, and enters the MCP 29. Secondary electrons corresponding to the amount of incident ions are emitted from the outlet 29b of the MCP 29. The secondary electrons are captured by the anode 30 and detected by the ammeter 31.

【0019】加速電極25により加速されたイオンの速
さは、q/mに比例する。ここで、qはイオンの電荷
量、mはイオンの質量である。イオン種によりMCP2
9に到達するまでの時間が相違するため、飛散物質に含
まれるイオンを、イオン種ごとに検出することができ
る。また、イオン電流の大きさにより、飛散物質中の当
該イオン濃度を知ることができる。すなわち、測定対象
物に含まれる特定原子の濃度に関する情報を得ることが
できる。
The speed of ions accelerated by the accelerating electrode 25 is proportional to q / m. Here, q is the charge amount of the ion, and m is the mass of the ion. MCP2 depending on ion species
Since the time required to reach 9 is different, ions contained in the scattered substance can be detected for each ion species. In addition, the ion concentration in the flying substance can be known from the magnitude of the ion current. That is, information on the concentration of the specific atom contained in the measurement object can be obtained.

【0020】次に、図3及び図4に示す検出装置を用い
て、固体の測定対象物中の特定原子を検出する方法につ
いて説明する。ここでは、加速器を用いてデューテリウ
ムを打ち込んだグラファイト中に含まれるデューテリウ
ムを検出する場合を例にとって説明する。
Next, a method for detecting a specific atom in a solid object to be measured by using the detection apparatus shown in FIGS. 3 and 4 will be described. Here, a case will be described as an example in which deuterium contained in graphite into which deuterium is implanted is detected using an accelerator.

【0021】図3に示す測定対象物5に、デューテリウ
ムの励起波長の波長域のパルスレーザを照射する。実施
例で用いたレーザは、1パルス当たりのエネルギ100
μJ、パルスの繰り返し周波数10Hz、波長243.
07〜243.08nmのものである。
The measuring object 5 shown in FIG. 3 is irradiated with a pulse laser in the wavelength range of the excitation wavelength of deuterium. The laser used in the embodiment has an energy of 100 per pulse.
μJ, pulse repetition frequency 10 Hz, wavelength 243.
07 to 243.08 nm.

【0022】図5(A)は、飛行時間型質量分析計20
により得られた信号強度を示す。横軸はイオンの飛行時
間を単位「μs」で表し、縦軸は信号強度を任意目盛り
で表す。飛行時間約0.8μs、約1.1μs、約2.
3μsの位置に、それぞれ水素イオン(H+ )、デュー
テリウムイオン(D+ )、及び炭素イオン(C+ )に対
応するピークが現れている。デューテリウムイオンに相
当するピークの有無を判定することにより、測定対象物
中のデューテリウムの有無を判断することができる。さ
らに、そのピークの高さを測定することにより、測定対
象物中に含まれるデューテリウム濃度に関する情報を得
ることができる。
FIG. 5A shows a time-of-flight mass spectrometer 20.
Shows the signal strength obtained by The horizontal axis represents the flight time of ions in the unit of “μs”, and the vertical axis represents the signal intensity on an arbitrary scale. Flight time about 0.8 μs, about 1.1 μs, about 2.
At 3 μs, peaks corresponding to hydrogen ions (H + ), deuterium ions (D + ), and carbon ions (C + ) respectively appear. By determining the presence or absence of a peak corresponding to deuterium ions, the presence or absence of deuterium in an object to be measured can be determined. Further, by measuring the height of the peak, information on the concentration of deuterium contained in the measurement object can be obtained.

【0023】図5(B)は、レーザの波長を、243n
mとした場合の測定結果を示す。この場合には、デュー
テリウムイオンに対応するピークが現れていない。これ
は、使用したレーザ波長がデューテリウムの励起波長と
異なるため、デューテリウムがイオン化されにくく、飛
行時間型質量分析計で検出できなかったためと考えられ
る。
FIG. 5B shows that the laser wavelength is 243n.
The measurement results when m is shown. In this case, no peak corresponding to the deuterium ion appears. This is probably because the laser wavelength used was different from the excitation wavelength of the deuterium, so that the deuterium was hardly ionized and could not be detected by the time-of-flight mass spectrometer.

【0024】測定対象物をアブレーションさせるための
レーザとして、デューテリウムの励起波長のものを用い
ることにより、測定対象物をアブレーションさせるとと
もに、デューテリウムを効率的にイオン化することがで
きる。このため、微量なデューテリウムを高感度に検出
することが可能になる。
By using a laser having an excitation wavelength of deuterium as the laser for ablating the object to be measured, the object to be measured can be ablated and the deuterium can be efficiently ionized. For this reason, it becomes possible to detect a trace amount of deuterium with high sensitivity.

【0025】なお、上記実施例による方法を用いると、
質量数が同一の原子もしくは分子を弁別することが可能
になる。一般的な質量分析法では、質量数の同じ原子も
しくは分子を弁別することは困難である。例えばT原子
とHD分子とは、共に質量数が3であるから、一般的な
質量分析法でこの2種の粒子を弁別することは困難であ
る。上記実施例による方法を用いる場合には、いずれか
一方の粒子の励起波長のレーザ光を用いてアブレーショ
ンさせることにより、当該一方の粒子を優先的に検出す
ることができる。
When the method according to the above embodiment is used,
It becomes possible to discriminate atoms or molecules having the same mass number. In general mass spectrometry, it is difficult to discriminate atoms or molecules having the same mass number. For example, since both T atoms and HD molecules have a mass number of 3, it is difficult to discriminate these two types of particles by a general mass spectrometry. In the case where the method according to the above embodiment is used, the ablation is performed using a laser beam having an excitation wavelength of one of the particles, so that the one particle can be detected preferentially.

【0026】一般的に、デューテリウムの励起波長と
は、一光子で励起する場合には、デューテリウム原子の
吸収スペクトルにおいて、光吸収を示す波長に一致す
る。多数の光子で励起する場合には、吸収波長の整数倍
になる。ただし、本実施例の場合には、デューテリウム
の励起波長は、後述するように、デューテリウム原子の
吸収スペクトルにおいて吸収を示す波長とはややずれ
る。
In general, the excitation wavelength of deuterium coincides with the wavelength showing light absorption in the absorption spectrum of deuterium atoms when excited by one photon. When excited by a large number of photons, it becomes an integral multiple of the absorption wavelength. However, in the case of this embodiment, the excitation wavelength of deuterium slightly deviates from the wavelength at which absorption is shown in the absorption spectrum of deuterium atoms, as described later.

【0027】水素原子の吸収スペクトルの波長λは、The wavelength λ of the absorption spectrum of the hydrogen atom is

【0028】[0028]

【数1】1/λ=R(1/m2−1/n2) と表される。ここで、Rはリュードベリ定数、mは、
1、2、3、・・・、nはm+1、m+2、m+3、・
・・である。上記の式において、m=1、n=2とする
と、λ(1,2)≒121.5nmとなる。実施例で用
いたレーザの波長243.07〜243.08nmは、
励起波長λ(1,2)の約2倍の波長に相当する。
1 / λ = R (1 / m 2 −1 / n 2 ) Where R is the Rydberg constant and m is
1, 2, 3,..., N are m + 1, m + 2, m + 3,.
・ ・In the above equation, if m = 1 and n = 2, λ (1,2) ≒ 121.5 nm. The wavelengths 243.07 to 243.08 nm of the laser used in the examples are
This corresponds to a wavelength approximately twice as long as the excitation wavelength λ (1, 2).

【0029】ここで、リュードベリ定数Rは、原子の換
算質量uに比例する。また、水素同位体の換算質量u
は、原子核の質量をN、電子の質量をmeとした場合、
Here, the Rydberg constant R is proportional to the reduced mass u of the atom. Also, the reduced mass u of hydrogen isotope
, When the mass of the nuclei was N, the electron mass and m e,

【0030】[0030]

【数2】1/u=1/N+1/me と表される。陽子と中性子の質量を等しいと近似し、そ
れをMとすると、Hの場合にはN=M、Dの場合にはN
=2×M、Tの場合にはN=3×Mとなる。この換算質
量を用いて、各同位体D及びTの励起波長とHの励起波
長との関係を求めることができる。M=1000MeV
/C2 、me=0.5MeV/C2、Hの励起波長を24
3.13nmとすると、Dの励起波長は243.07n
m、Tの励起波長は243.05nmとなる。
[Number 2] expressed as 1 / u = 1 / N + 1 / m e. Approximating the masses of protons and neutrons to be equal, and letting it be M, N = M for H and N for D
= 2 × M, and in the case of T, N = 3 × M. Using this reduced mass, the relationship between the excitation wavelength of each of the isotopes D and T and the excitation wavelength of H can be determined. M = 1000MeV
/ C 2, m e = 0.5MeV / C 2, H the excitation wavelength of 24
Assuming 3.13 nm, the excitation wavelength of D is 243.07 n
The excitation wavelengths of m and T are 243.05 nm.

【0031】上記実施例では、アブレーション用のレー
ザがデューテリウムのイオン化用のレーザを兼ねている
が、アブレーション用のレーザとイオン化用のレーザを
分けてもよい。この場合には、イオン化用のレーザの波
長を、デューテリウムの励起波長とする。
In the above embodiment, the laser for ablation also serves as the laser for ionizing deuterium, but the laser for ablation and the laser for ionization may be separated. In this case, the wavelength of the laser for ionization is set as the excitation wavelength of deuterium.

【0032】図6は、レーザの波長と、デューテリウム
イオンに対応するピークの高さとの関係を示す。横軸は
レーザの波長を単位「nm」で表し、縦軸は飛行時間型
質量分析計で得られた信号強度を任意目盛りで表す。図
6中の実線は、上記検出装置を用い、グラファイトにレ
ーザを照射してアブレーションを起こさせる方法でデュ
ーテリウムを検出した場合を示し、破線は、デューテリ
ウムを含むガスにイオン化用のレーザを照射してデュー
テリウムを検出した場合を示す。
FIG. 6 shows the relationship between the wavelength of the laser and the height of the peak corresponding to the deuterium ion. The horizontal axis represents the wavelength of the laser in the unit of “nm”, and the vertical axis represents the signal intensity obtained by the time-of-flight mass spectrometer on an arbitrary scale. The solid line in FIG. 6 shows a case where deuterium is detected by a method of causing ablation by irradiating graphite with a laser using the above-described detection device, and the dashed line irradiates a gas containing deuterium with a laser for ionization. This shows the case where deuterium is detected.

【0033】ガス中のデューテリウムを検出する場合に
は、波長243.069nm近傍でピークを示す。これ
に対し、アブレーションを起こさせてデューテリウムを
検出する場合には、ピークがブロードになり、その最大
値を与える波長が約243.076nmになる。図6の
グラフから、アブレーションを起こさせて固体中のデュ
ーテリウムを検出する場合には、レーザの波長を24
3.070〜243.081nmとすることが好ましい
ことがわかる。理由は明らかではないが、固体中のデュ
ーテリウムを、アブレーション現象を利用して検出する
場合と、ガス中のデューテリウムを検出する場合とで、
用いるレーザの最適波長が異なることがわかった。
When deuterium in a gas is detected, a peak appears at a wavelength of about 243.069 nm. On the other hand, when deuterium is detected by ablation, the peak becomes broad and the wavelength giving the maximum value is about 243.076 nm. From the graph of FIG. 6, when deuterium in a solid is detected by causing ablation, the wavelength of the laser is set to 24.
It turns out that it is preferable to set it to 3.070 to 243.081 nm. Although the reason is not clear, in the case of detecting deuterium in solids using the ablation phenomenon, and in the case of detecting deuterium in gas,
It was found that the optimum wavelength of the laser used was different.

【0034】次に、測定対象物の深さ方向のデューテリ
ウムの濃度分布を測定する方法について説明する。測定
対象物の表面の特定の箇所にパルスレーザを繰り返し照
射し、飛行時間型質量分析計により飛散物質の質量分析
を行った。
Next, a method of measuring the concentration distribution of deuterium in the depth direction of the object to be measured will be described. A specific portion of the surface of the measurement object was repeatedly irradiated with a pulsed laser, and mass spectrometry of the scattered material was performed by a time-of-flight mass spectrometer.

【0035】図7は、デューテリウムイオンに対応する
ピークの信号強度と、パルスレーザのショット回数との
関係を示す。横軸はショット回数を表し、縦軸は信号強
度を任意目盛りで表す。図7中の実線a、b、cは、そ
れぞれレーザ波長を243.074nm、243.08
0nm、及び243.060nmとした場合の信号強度
を示す。用いたレーザは、1パルスあたりのエネルギ1
00μJ、パルスの繰り返し周波数10Hzのものであ
る。
FIG. 7 shows the relationship between the signal intensity of the peak corresponding to the deuterium ion and the number of shots of the pulse laser. The horizontal axis represents the number of shots, and the vertical axis represents the signal intensity on an arbitrary scale. Solid lines a, b, and c in FIG. 7 indicate that the laser wavelength is 243.074 nm and 243.08, respectively.
The signal intensities at 0 nm and 243.060 nm are shown. The laser used was 1 energy per pulse.
It has a pulse width of 00 μJ and a pulse repetition frequency of 10 Hz.

【0036】測定対象物にレーザを照射すると、アブレ
ーションが生じて表面に微小な窪みができる。ショット
回数を増加させると、この窪みが深くなる。すなわち、
ショット回数は、測定対象物の深さに対応していると考
えることができる。
When the object to be measured is irradiated with a laser, ablation occurs and a minute dent is formed on the surface. When the number of shots is increased, the depression becomes deeper. That is,
The number of shots can be considered to correspond to the depth of the measurement target.

【0037】レーザ波長を243.074nmまたは2
43.080nmとした場合、ショット回数が300〜
340回近傍の領域で信号強度が大きくなっている。こ
れは、ショット回数300〜340回程度の照射により
形成された窪みの深さに相当する位置に、デューテリウ
ムが多く分布していることを表している。このように、
信号強度を、パルスレーザのショット回数と関連付けて
測定することにより、深さ方向のデューテリウムの濃度
分布に関する情報を得ることができる。
When the laser wavelength is 243.074 nm or 2
In the case of 43.080 nm, the number of shots is 300 to
The signal strength is high in the region near 340 times. This indicates that a large amount of deuterium is distributed at a position corresponding to the depth of the depression formed by the irradiation of about 300 to 340 shots. in this way,
By measuring the signal intensity in association with the number of shots of the pulse laser, information on the concentration distribution of deuterium in the depth direction can be obtained.

【0038】なお、レーザ波長を243.060nmと
した場合には、図6からも予測されるように、デューテ
リウムイオンに対応するピークは観測されない。
When the laser wavelength is 243.060 nm, no peak corresponding to deuterium ions is observed, as expected from FIG.

【0039】上記実施例では、デューテリウムを検出す
る場合を説明したが、同様の方法でトリチウムを検出す
ることもできる。このとき、換算質量から求めたDとT
の励起波長、及びDを検出するための好適なレーザ波長
との関係から、Tを検出するための好適なレーザ波長
は、243.050〜243.060nmであると予測
される。
In the above embodiment, the case where deuterium is detected has been described. However, tritium can be detected by the same method. At this time, D and T obtained from the reduced mass
The suitable laser wavelength for detecting T is predicted to be 243.050 to 243.060 nm from the relationship between the excitation wavelength of the laser beam and the suitable laser wavelength for detecting D.

【0040】上記実施例では、グラファイト中のデュー
テリウムを検出する場合を説明したが、同様の方法を用
いて固体中の特定原子を検出することが可能である。こ
のとき、測定対象物に照射するレーザの波長を、検出す
べき特定原子が、アブレーションにより飛散した飛散物
質中にある場合の励起波長とする。これにより、特定原
子を効率的にイオン化させ、飛行時間型質量分析計を用
いて、特定原子を高感度に検出することが可能になる。
In the above embodiment, the case of detecting deuterium in graphite has been described. However, it is possible to detect a specific atom in a solid by using a similar method. At this time, the wavelength of the laser that irradiates the measurement target is set as the excitation wavelength when the specific atom to be detected is in the scattered substance scattered by the ablation. This makes it possible to efficiently ionize the specific atom and detect the specific atom with high sensitivity using a time-of-flight mass spectrometer.

【0041】アブレーションにより飛散した物質中に含
まれる特定原子の励起波長は、ガス中の当該特定原子の
励起波長と異なることがある点に注意を要する。ガス中
の当該特定原子の励起波長の近傍でレーザの波長を変化
させ、特定原子に対応するピークの信号強度を測定する
ことにより、アブレーションを利用する場合の好適な波
長域を決定することができる。例えば、Cu原子を検出
する場合には、レーザ波長を231.82nm近傍と
し、Fe原子を検出する場合には、レーザ波長を22
3.83nm近傍とし、Al原子を検出する場合には、
レーザ波長を228.15nm近傍とする。
It should be noted that the excitation wavelength of a specific atom contained in the substance scattered by the ablation may be different from the excitation wavelength of the specific atom in the gas. By changing the wavelength of the laser near the excitation wavelength of the specific atom in the gas and measuring the signal intensity of the peak corresponding to the specific atom, it is possible to determine a suitable wavelength range when using ablation. . For example, when detecting Cu atoms, the laser wavelength is set to around 231.82 nm, and when detecting Fe atoms, the laser wavelength is set to 22.
When it is set to be around 3.83 nm and Al atoms are detected,
The laser wavelength is set to be around 228.15 nm.

【0042】次に、図1及び図2を参照して、本発明の
実施例による検出装置について説明する。図3に示した
検出装置では、レーザが測定対象物5の表面にほぼ垂直
に入射する。また、測定対象物5の表面が、引出電界の
向きとほぼ平行である。測定対象物5にレーザを入射す
ると、通常、測定対象物5の表面に対して垂直な方向に
飛散物が飛び出す。従って、飛散物が飛び出す方向と、
引出電界の向きとが、ほぼ直交する。このため、飛散物
を飛行時間型質量分析計20に取り込む効率が低くな
る。
Next, a detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the detection device shown in FIG. 3, the laser is incident on the surface of the measuring object 5 almost perpendicularly. The surface of the measuring object 5 is substantially parallel to the direction of the extracted electric field. When a laser beam is incident on the measurement object 5, flying objects usually fly in a direction perpendicular to the surface of the measurement object 5. Therefore, the direction in which the flying objects fly out,
The direction of the extraction electric field is substantially orthogonal. For this reason, the efficiency with which the flying matter is taken into the time-of-flight mass spectrometer 20 is reduced.

【0043】飛散物を、飛行時間型質量分析計20に高
い効率で取り込むためには、測定対象物5の表面を、飛
行時間型質量分析計20に対向させて配置することが好
ましい。ところが、このような配置とすると、引出電極
2b及び飛行時間型質量分析計20が障害物になるた
め、レーザを測定対象物5の表面に斜めから照射しなけ
ればならない。
In order to take the flying objects into the time-of-flight mass spectrometer 20 with high efficiency, it is preferable that the surface of the object 5 to be measured is arranged to face the time-of-flight mass spectrometer 20. However, with such an arrangement, the extraction electrode 2b and the time-of-flight mass spectrometer 20 become obstacles, so that the laser must be irradiated obliquely to the surface of the measurement object 5.

【0044】レーザを測定対象物5の表面に斜めから照
射すると、測定対象物5が斜め方向にエッチングされ
る。このため、検出しようとする原子の、深さ方向に関
する正確な分布を知ることが困難になる。
When the surface of the object 5 is irradiated with a laser obliquely, the object 5 is etched obliquely. For this reason, it is difficult to know the exact distribution of the atoms to be detected in the depth direction.

【0045】図1は、本発明の実施例による特定原子の
検出装置の概略断面図を示す。真空ダクト40の一端
が、真空容器42に接続されている。真空容器40の他
端に、石英窓41が取り付けられている。真空排気用の
ガス流路44が、真空ダクト40の側壁に取り付けられ
ている。試料が埋め込まれた電極43が真空容器42内
に配置されている。電極43は、真空ダクト40の中心
軸の延長線上に配置され、試料表面が真空ダクトの中心
軸とほぼ垂直になるように試料を保持する。試料が導電
性を有する場合には、試料自体を電極43としてもよ
い。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an apparatus for detecting a specific atom according to an embodiment of the present invention. One end of the vacuum duct 40 is connected to the vacuum container 42. A quartz window 41 is attached to the other end of the vacuum container 40. A gas passage 44 for evacuation is attached to the side wall of the vacuum duct 40. An electrode 43 in which a sample is embedded is arranged in a vacuum container 42. The electrode 43 is arranged on an extension of the central axis of the vacuum duct 40, and holds the sample so that the sample surface is substantially perpendicular to the central axis of the vacuum duct. When the sample has conductivity, the sample itself may be used as the electrode 43.

【0046】真空ダクト40内に、収束用電極45、引
出電極46、拡散用電極47、及び静電レンズ48が、
真空ダクト40の中心軸に沿って配置されている。静電
レンズ48は、複数の電極48A及び48Bを含んで構
成される。引出電極46及び静電レンズ48の電極48
A、48Bは、円筒状形状を有し、各々の中心軸が真空
ダクト40の中心軸と一致するように、その中心軸に沿
って配列している。引出電極46が、電極43に最も近
い位置に配置されている。電極48Aと48Bとは、中
心軸に沿って交互に配置されている。
In the vacuum duct 40, a convergence electrode 45, an extraction electrode 46, a diffusion electrode 47, and an electrostatic lens 48 are provided.
It is arranged along the central axis of the vacuum duct 40. The electrostatic lens 48 includes a plurality of electrodes 48A and 48B. Extraction electrode 46 and electrode 48 of electrostatic lens 48
A and 48B have a cylindrical shape, and are arranged along the central axis of the vacuum duct 40 so that the respective central axes coincide with the central axis of the vacuum duct 40. The extraction electrode 46 is arranged at a position closest to the electrode 43. The electrodes 48A and 48B are alternately arranged along the central axis.

【0047】収束用電極45及び拡散用電極47は、中
心に開口が設けられた円盤状の形状を有する。これらの
電極は、すべて、各々の中心軸が真空ダクト40の中心
軸と一致するように配置されている。
The convergence electrode 45 and the diffusion electrode 47 have a disk-like shape having an opening at the center. These electrodes are all arranged such that their respective central axes coincide with the central axis of the vacuum duct 40.

【0048】収束用電極45は、中心に、引出電極46
の外周よりも大きな貫通孔が設けられた円盤状形状を有
し、その中心軸が真空ダクト40の中心軸と一致するよ
うに配置されている。収束用電極45の、中心軸方向に
関する位置は、引出電極46の、電極43側の端部にほ
ぼ一致する。
The convergence electrode 45 is centered on an extraction electrode 46.
Has a disc-like shape provided with a through hole larger than the outer periphery of the vacuum duct 40, and is arranged such that the central axis thereof coincides with the central axis of the vacuum duct 40. The position of the convergence electrode 45 in the center axis direction substantially coincides with the end of the extraction electrode 46 on the electrode 43 side.

【0049】拡散用電極47は、中心に、引出電極46
の内周とほぼ同径の貫通孔が設けられた円盤状形状を有
し、その中心軸が真空ダクト40の中心軸と一致するよ
うに配置されている。また、拡散用電極47は、中心軸
方向に関して、引出電極46と静電レンズ48との間に
配置されている。
The diffusion electrode 47 is centered on the extraction electrode 46.
It has a disc-like shape provided with a through hole having substantially the same diameter as the inner circumference of the vacuum duct 40, and is arranged so that the central axis thereof coincides with the central axis of the vacuum duct 40. Further, the diffusion electrode 47 is disposed between the extraction electrode 46 and the electrostatic lens 48 in the central axis direction.

【0050】直流電源V1が、電極43に、例えば+
0.5kVの電圧を印加する。直流電源V2が、収束用
電極45に、例えば+1kVの電圧を印加する。直流電
源V3が、引出電極46に、例えば−1kVの電圧を印
加する。直流電源V4が、静電レンズ48の電極48A
に、例えば−1kVの電圧を印加する。静電レンズ48
の電極48Bは接地されている。
The DC power supply V1 is applied to the electrode 43 by, for example, +
A voltage of 0.5 kV is applied. The DC power supply V2 applies a voltage of, for example, +1 kV to the convergence electrode 45. The DC power supply V3 applies a voltage of, for example, −1 kV to the extraction electrode 46. The DC power supply V4 is connected to the electrode 48A of the electrostatic lens 48.
For example, a voltage of -1 kV is applied. Electrostatic lens 48
Electrode 48B is grounded.

【0051】静電レンズ48と真空ダクト40の端部と
の間に、イオン検出器35が配置されている。イオン検
出器35は、例えば図2に示したMCP29、アノード
30、及び電流計31を含んで構成される。
The ion detector 35 is disposed between the electrostatic lens 48 and the end of the vacuum duct 40. The ion detector 35 includes, for example, the MCP 29, the anode 30, and the ammeter 31 illustrated in FIG.

【0052】レーザ光源36が、石英窓41を通して真
空ダクト40内にレーザビーム37を入射させる。真空
ダクト40内に入射したレーザビーム37は、イオン検
出器35の脇を通過し、静電レンズ48の各電極48
A、48B、及び引出電極46の内側を通り、電極43
に保持された試料に到達する。試料が、レーザによりア
ブレーションされ、試料の一部が飛散する。
A laser light source 36 causes a laser beam 37 to enter a vacuum duct 40 through a quartz window 41. The laser beam 37 that has entered the vacuum duct 40 passes beside the ion detector 35, and passes through each electrode 48 of the electrostatic lens 48.
A, 48B and the inside of the extraction electrode 46, and the electrode 43
To reach the sample held in. The sample is ablated by the laser, and a part of the sample is scattered.

【0053】以下、図4〜図7を参照して説明した場合
と同様に、試料中のデューテリウムを検出する場合を例
にとって、図1に示した検出装置の動作を説明する。
Hereinafter, the operation of the detection apparatus shown in FIG. 1 will be described by taking as an example the case of detecting deuterium in a sample, as in the case described with reference to FIGS.

【0054】試料から飛散した飛散物中のデューテリウ
ムが、レーザビーム37によりイオン化される。ディー
テリウムイオン及びその他のイオンが、引出電極46の
作る引出電界により、真空ダクト40に向かって加速さ
れる。収束用電極45が、電極43から出た電界を引出
電極46に集中させるため、イオンが真空ダクト40の
中心軸に向かって集まり、中心軸に沿って飛翔するイオ
ンビームが形成される。イオンビームの収束効果を得る
ために、収束用電極45に印加される電圧の絶対値|V
2|を、電極43に印加される電圧の絶対値|V1|よ
りも大きくすることが好ましい。
The deuterium in the flying object scattered from the sample is ionized by the laser beam 37. Deuterium ions and other ions are accelerated toward the vacuum duct 40 by an extraction electric field generated by the extraction electrode 46. Since the focusing electrode 45 concentrates the electric field generated from the electrode 43 on the extraction electrode 46, ions gather toward the central axis of the vacuum duct 40, and an ion beam that flies along the central axis is formed. The absolute value | V of the voltage applied to the focusing electrode 45 in order to obtain the ion beam focusing effect
2 | is preferably larger than the absolute value | V1 | of the voltage applied to the electrode 43.

【0055】拡散用電極47は、収束したイオンビーム
を一旦拡散させる。静電レンズ48により、イオンビー
ムが収束と発散を繰り返しながらイオン検出器35まで
輸送される。図4〜図7を参照して説明した場合と同様
に、イオン検出器35で検出されたイオンと、そのイオ
ンの到達時間との関係から、到達したイオンの種類を特
定することができる。
The diffusion electrode 47 once diffuses the focused ion beam. The electrostatic lens 48 transports the ion beam to the ion detector 35 while repeating convergence and divergence. As in the case described with reference to FIGS. 4 to 7, the type of the arrived ion can be specified from the relationship between the ion detected by the ion detector 35 and the arrival time of the ion.

【0056】図1に示した実施例の場合には、電極43
に保持された試料の表面が、引出電極46の方を向いて
いる。このため、試料表面から飛散し、イオン化された
粒子を、高い効率で引出電極46の内側に引き込むこと
ができる。これにより、微量の特定原子を、高い感度で
検出することが可能になる。
In the case of the embodiment shown in FIG.
The surface of the sample held at the surface faces the extraction electrode 46. Therefore, the particles scattered and ionized from the sample surface can be drawn into the extraction electrode 46 with high efficiency. This makes it possible to detect a trace amount of a specific atom with high sensitivity.

【0057】図2に、実施例による検出装置の移動機構
の斜視図を示す。図1に示した真空ダクト40及びレー
ザ光源36が、移動台73に固定されている。さらに、
真空ポンプ71が、移動台73に固定されている。真空
ポンプ71は、真空ダクト40内を真空排気する。移動
台73は、支持台74に水平方向に移動可能に支持され
ている。移動機構75が、移動台73を水平方向に移動
させる。
FIG. 2 is a perspective view of a moving mechanism of the detecting device according to the embodiment. The vacuum duct 40 and the laser light source 36 shown in FIG. further,
A vacuum pump 71 is fixed to the moving table 73. The vacuum pump 71 evacuates the vacuum duct 40. The moving table 73 is supported by the supporting table 74 so as to be movable in the horizontal direction. The moving mechanism 75 moves the moving table 73 in the horizontal direction.

【0058】トカマク容器内に敷設されたレール80に
移動機構77が取り付けられている。移動機構77は、
レール80に沿って移動することができる。移動機構7
7に、支持アーム76が取り付けられている。支持アー
ム76は、移動機構77に対して上下方向に移動可能で
ある。支持アーム76が支持台74を保持している。支
持アーム76を上下方向に移動させることにより、移動
台73も上下方向に移動する。
A moving mechanism 77 is mounted on a rail 80 laid in the tokamak container. The moving mechanism 77
It can move along the rail 80. Moving mechanism 7
7, a support arm 76 is attached. The support arm 76 is vertically movable with respect to the moving mechanism 77. The support arm 76 holds the support table 74. By moving the support arm 76 in the vertical direction, the moving table 73 also moves in the vertical direction.

【0059】移動機構77、支持アーム76、及び移動
機構75により、真空ダクト40を所望の位置まで移動
させることができる。例えば、真空ダクト40の先端を
原子炉の真空容器の内面に密着させる。真空ダクトの先
端に例えばOリングが取り付けられており、密着部の気
密性が保たれる。真空ダクト40内を所定の真空度まで
真空排気した後、真空容器の内面のデューテリウムやト
リチウム等の含有量を測定することができる。
The vacuum duct 40 can be moved to a desired position by the moving mechanism 77, the support arm 76, and the moving mechanism 75. For example, the tip of the vacuum duct 40 is brought into close contact with the inner surface of the vacuum vessel of the nuclear reactor. For example, an O-ring is attached to the tip of the vacuum duct, and the tightness of the contact portion is maintained. After the inside of the vacuum duct 40 is evacuated to a predetermined degree of vacuum, the content of deuterium, tritium and the like on the inner surface of the vacuum vessel can be measured.

【0060】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
試料からの飛散物をイオン化し、効率的にイオン輸送路
に引き込むことができる。これにより、試料中の特定原
子を、高い感度で検出することが可能になる。
As described above, according to the present invention,
Scattered matter from the sample can be ionized and efficiently drawn into the ion transport path. This makes it possible to detect a specific atom in the sample with high sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例による検出装置の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a detection device according to an embodiment.

【図2】実施例による検出装置及び駆動装置の斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view of a detection device and a driving device according to the embodiment.

【図3】関連発明による検出装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a detection device according to a related invention.

【図4】関連発明の検出装置で用いられる飛行時間型質
量分析計の概略を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a time-of-flight mass spectrometer used in the detection device of the related invention.

【図5】図5(A)は、レーザの波長を好適化したとき
の、飛行時間型質量分析計による信号強度を表すグラフ
であり、図5(B)は、レーザの波長を好適範囲からず
らしたときの、飛行時間型質量分析計による信号強度を
表すグラフである。
FIG. 5A is a graph showing the signal intensity obtained by a time-of-flight mass spectrometer when the wavelength of the laser is optimized, and FIG. It is a graph showing the signal intensity by the time-of-flight mass spectrometer at the time of shifting.

【図6】デューテリウムイオンに対応するピークの信号
強度とレーザ波長との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a signal intensity of a peak corresponding to deuterium ions and a laser wavelength.

【図7】デューテリウムイオンに対応するピークの信号
強度とパルスレーザのショット回数との関係を示すグラ
フである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the signal intensity of a peak corresponding to deuterium ions and the number of shots of a pulse laser.

【図8】核融合炉の炉心周辺の燃料の流れを示す断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the flow of fuel around the core of the fusion reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2a、2b 引出電極 5 測定対象物 10 レーザ光源 11 レンズ 13 レーザ導入窓 20 飛行時間型質量分析計 25 加速電極 26、27 スリット 28 MCP 29 減速電極 30 アノード 31 電流計 35 イオン検出器 36 レーザ光源 40 真空ダクト 41 石英窓 42 真空容器 43 電極 44 排気用ガス流路 45 収束用電極 46 引出電極 47 拡散用電極 48 静電レンズ 51 真空容器 52 燃料注入装置 53 真空排気装置 55 超伝導コイル 61 ダイバータ板 63 プラズマ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2a, 2b Extraction electrode 5 Object to be measured 10 Laser light source 11 Lens 13 Laser introduction window 20 Time-of-flight mass spectrometer 25 Acceleration electrode 26, 27 Slit 28 MCP 29 Deceleration electrode 30 Anode 31 Ammeter 35 Ion detector 36 Laser light source 40 Vacuum duct 41 Quartz window 42 Vacuum container 43 Electrode 44 Exhaust gas flow path 45 Focusing electrode 46 Extraction electrode 47 Diffusion electrode 48 Electrostatic lens 51 Vacuum container 52 Fuel injection device 53 Vacuum exhaust device 55 Superconducting coil 61 Divertor plate 63 Plasma

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横川 伸久 東京都田無市谷戸町2丁目1番1号 住友 重機械工業株式会社田無製造所内 (72)発明者 中村 博文 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地 日 本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 山西 敏彦 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地 日 本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 小西 哲之 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地 日 本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 西 正孝 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地 日 本原子力研究所 那珂研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Nobuhisa Yokokawa 2-1-1 Tanidocho, Tanashi-shi, Tokyo Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Tanashi Works (72) Inventor Hirofumi Nakamura 801 Mukaiyama, Nakamachi, Naka-gun, Ibaraki Prefecture Address: Nippon Atomic Energy Research Institute, Naka Research Institute (72) Inventor Toshihiko Yamanishi, Ibaraki Prefecture Naka-gun, Nakamachi, Oji 801 Address: Nippon Atomic Energy Research Institute, Naka Laboratory (72) Inventor: Masataka Nishi, 801 Mukaiyama, Nakamachi, Naka-machi, Naka-gun, Ibaraki Prefecture, Japan Atomic Energy Research Institute, Naka Research Institute

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象物の周囲の空間に引出電界を発
生させる引出電極と、 前記引出電極により引き出されたイオンを輸送するイオ
ン輸送路と、 前記イオン輸送路を輸送されたイオンを検出するイオン
検出器と、 前記イオン輸送路内に、イオンの輸送方向とは反対の方
向に伝搬するようにレーザビームを入射させ、前記測定
対象物まで到達させてアブレーションを起こさせるレー
ザ光源とを有する特定原子検出装置。
An extraction electrode for generating an extraction electric field in a space around an object to be measured, an ion transport path for transporting ions extracted by the extraction electrode, and an ion transported through the ion transport path. An ion detector, and a laser light source that, in the ion transport path, causes a laser beam to be incident so as to propagate in a direction opposite to the transport direction of ions, and reaches the measurement target to cause ablation. Atomic detector.
【請求項2】 前記イオン輸送路が、 イオンの飛翔する経路に沿って配置され、各々がイオン
の飛翔経路を取り囲む複数の円筒状の電極と、 前記複数の円筒状電極の奇数番目のものを第1の電位と
し、偶数番目のものを第2の電位とする電圧印加手段と
を有し、 前記複数の円筒状の電極の内側を前記レーザビームが伝
搬するように、前記レーザ光源が配置されている請求項
1に記載の特定原子検出装置。
2. The method according to claim 2, wherein the ion transport path is arranged along a path along which the ions fly, and a plurality of cylindrical electrodes each surrounding the path of the ions, and an odd number of the plurality of cylindrical electrodes. Voltage applying means for setting a first potential and setting an even number to a second potential, wherein the laser light source is arranged so that the laser beam propagates inside the plurality of cylindrical electrodes. The specific atom detection device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記レーザ光源が、波長243.070
〜243.081nmのレーザを放射する請求項1また
は2に記載の特定原子検出装置。
3. The method according to claim 2, wherein the laser light source has a wavelength of 243.070.
The specific atom detector according to claim 1 or 2, which emits a laser having a wavelength of 24243.081 nm.
【請求項4】 前記レーザ光源が、波長243.050
〜243.060nmのレーザを放射する請求項1また
は2に記載の特定原子検出装置。
4. The laser light source has a wavelength of 243.050.
The specific atom detection device according to claim 1 or 2, which emits a laser having a wavelength of 243.060 nm.
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