JPH02207445A - Positron microscope system - Google Patents
Positron microscope systemInfo
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- JPH02207445A JPH02207445A JP1020961A JP2096189A JPH02207445A JP H02207445 A JPH02207445 A JP H02207445A JP 1020961 A JP1020961 A JP 1020961A JP 2096189 A JP2096189 A JP 2096189A JP H02207445 A JPH02207445 A JP H02207445A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、一般に、イメージングプロセスにおいて亜属
子粒子を使用する種類の顕微鏡装置に関し、特に、低エ
ネルギー すなわち低速の陽電子ビームが採用される透
過及び再放出形陽電子(e・)顕微鏡装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to microscopy devices of the type that use submetallic particles in imaging processes, and in particular to transmission microscopy systems in which a low energy or slow positron beam is employed. and a re-emission positron (e.) microscope device.
このlO千年間、技術の進歩によって、通常は10’e
・/sec程度の強さを有して当初は高エネルギーであ
る陽電子の放射源から低エネルギー(1eV程度)の陽
電子ビームを発生させることが可能になったにもかかわ
らず、一般には、現時点においては利用できる陽電子ビ
ームが弱く、電流密度も低いために有効な陽電子顕微鏡
装置の開発は実現不可能であるというのが当業者の考え
である。これは、目に見える像を形成するのに十分に強
いフラックスを有する電子(e−)ビームを発生させる
のが容易であ・ることとは全く対照的である。そのよう
なe−ビームは、たとえば加熱したタングステンフィラ
メントから容易に発生されるもので、高品質であり、数
十マイクロアンペア(1015e−/ sec ) f
)電流値を有する。Over the last millennium, due to advances in technology, typically 10'e
Although it has become possible to generate a low-energy (about 1 eV) positron beam from an initially high-energy positron emission source with an intensity of about . It is the opinion of those skilled in the art that the development of an effective positron microscope device is not feasible due to the weak positron beam and low current density available. This is in sharp contrast to the ease of generating an electron (e-) beam with a flux strong enough to form a visible image. Such e-beams are easily generated, for example from heated tungsten filaments, are of high quality, and are of tens of microamperes (1015e-/sec) f.
) has a current value.
現在の低速陽電子源手段は電流密度が低い上に、ビーム
の品質を画質の良い像を形成するために、必要な条件に
適合、するように改善していく間にビームの出力フラッ
クスが少なくとも103分の−に低下してしまう、その
原因としては次のものが挙げられる。Current slow positron source means have low current densities, and while the beam quality is being improved to meet the requirements for forming high-quality images, the beam output flux is at least 103 The following are the causes of this decline:
1、Sわめて細く、平行度のすぐれたビームを発生する
ように、放射源と検査すべき試料との間に一組の電子集
束レンズが必要である。この集束によって、ビームの強
さは10分の1に減少する。1.S A set of electron focusing lenses is required between the radiation source and the sample to be examined, so as to generate a very narrow, well-collimated beam. This focusing reduces the beam intensity by a factor of ten.
2、ビームがターゲットと互いに作用した後、別の一組
の電子レンズが高コントラスト、高分解能の画像を形成
するように放出ビームの非常に狭い角錐を選択する。そ
のような角度選択によって、速度はさらに100分の−
になるという損失を被る。2. After the beam interacts with the target, another set of electron lenses selects a very narrow pyramid of the emitted beam to form a high-contrast, high-resolution image. With such an angle selection, the speed can be increased by an additional 100 min.
suffer the loss of becoming
3、最後に、ビームは拡大されて、検出器上に投射され
る。検出器の大きさは限られているので、この拡大(M
)プロセスによってM2の関数として増加する損失がさ
らに起こる。従って、電子放射源では像の形成に約10
12e/secを利用できるのに対し、陽電子の場合に
は多くともわずか104e・/secしか利用できない
ことは明白である。3. Finally, the beam is expanded and projected onto a detector. Since the size of the detector is limited, this magnification (M
) process also causes losses that increase as a function of M2. Therefore, for an electron radiation source, it takes approximately 10
12e/sec is available, whereas in the case of positrons it is clear that at most only 104e/sec is available.
人間の目は、考えうる最良の条件の下で、蛍光体スクリ
ーンに入射する1Q8e−/c■2−118Cの低さの
ビーム電流密度により発生される像を検出することが可
能である。現在利用できるイメージ増倍管をコンピュー
タベース信号平均化技術と組合せて使用すると、10’
e−/cw+2−sec以下の低い密度の像を検出する
ことが可能である。iii微鏡を使用可能範囲でできる
限り低い有効倍率にしたとき、上述の陽電子ビームは1
05e◆/C腸2−secの電流密度を有することにな
る。これは、高分解能低線量電子顕微鏡で通常使用され
ている値よりほぼ1桁低く、陽電子顕微鏡法が実現不可
能と考えられる主な理由の1つとなっている。The human eye, under the best possible conditions, is capable of detecting images produced by beam current densities as low as 1Q8e-/c2-118C incident on the phosphor screen. Using currently available image intensifiers in combination with computer-based signal averaging techniques, 10'
It is possible to detect images with low density of e-/cw+2-sec or less. iii When the microscope is set to the lowest possible effective magnification within its usable range, the above-mentioned positron beam is 1
05e◆/C intestine will have a current density of 2-sec. This is almost an order of magnitude lower than values typically used in high-resolution, low-dose electron microscopy, and is one of the main reasons why positron microscopy is considered unfeasible.
当該技術において陽電子顕微鏡装置がどれほど重要であ
るかは、陽電子が物質と互いに作用する態様を理解する
ことによって明らかになる。陽電子が物質の中に注入さ
れると、注入された陽電子と陽電子が注入された媒体と
の間にいくつかの相互作用が起こる。陽電子は1回以上
散乱するか、媒体の外部へ後方散乱するか、あるいは二
次電子の放出を生じさせると考えられる。媒体が十分に
薄い場合及び陽電子が十分なエネルギーを有する場合に
は、陽電子は媒体を完全に透過するであろう。The importance of positron microscopy equipment in the art becomes clear by understanding the manner in which positrons interact with matter. When a positron is injected into a material, several interactions occur between the injected positron and the medium into which it is injected. Positrons may be scattered more than once, backscattered out of the medium, or cause the emission of secondary electrons. If the medium is thin enough and the positrons have sufficient energy, the positrons will completely penetrate the medium.
透過動作モードにおいては、透過形陽電子顕微鏡の動作
中に低倍率では重大な物理的事象は起こらないと予測さ
れる。これは、透過形陽電子顕微鏡ビームから陽電子を
取除くことに係る基本的相互作用が透過形電子顕微鏡ビ
ームから電子を取除くことに係る基本的相互作用と本質
的に同じであるためである。−方、薄い試料から得られ
る回折パターンの研究は、透過形電子顕微鏡を使用する
回折の研究と同様の方法で行うことができると思われる
。七のような回折パターンは、特にLOKeV以下のエ
ネルギーでは、対応する電子回折パターンとは異なる。In the transmission mode of operation, no significant physical events are expected to occur at low magnification during operation of the transmission positron microscope. This is because the fundamental interaction involved in removing positrons from a transmission electron microscope beam is essentially the same as the fundamental interaction involved in removing electrons from a transmission electron microscope beam. On the other hand, the study of diffraction patterns obtained from thin samples could be carried out in a similar way to the study of diffraction using a transmission electron microscope. Diffraction patterns such as 7 are different from the corresponding electron diffraction patterns, especially at energies below LOKeV.
また1本発明の陽電子ビームはスピン偏極され、ビーム
の強さは5分の1に低減するが、P−0,7という高レ
ベルの偏極が可能であるという事実を利用できなければ
ならない、これにより、透過モードでの偏極低エネルギ
ー陽電子回折(PLEPD)が可能にならねばならない
、低速陽電子源手段を発生するために最も一般的に使用
されている放射性同位元素の核β崩壊から放出される高
エネルギー陽電子の集団は、それらを発生させた弱い相
互作用の結果として自らスピン偏極される。高エネルギ
ー陽電子のスピン偏極は、低速陽電子減速体において陽
電子が減速する間、維持される。それにより、減速体か
ら放出される低速陽電子もスピン偏極されることになる
。低速電子を加速し、集束して、スピン偏極ビームを形
成することができる。高エネルギー陽電子の放射源と減
速体との間に低い原子番号の吸収体を配置することによ
り、低速陽電子源手段のスピン偏極の程度を調整するこ
とができる。吸収体は、弱い相互作用の結果として低レ
ベルのスピン偏極を受けている放射源スペクトルの低エ
ネルギ一部分(出初は数+KeV )が減速体ではなく
、吸収体の中で停止するという原理に基づいて動作する
。放射源スペクトルの高レベルにスピン偏極され、当初
は高エネルギーを有している陽電子のみが吸収体を通過
して減速体に到達するので、その結果、減速体により発
生される低速陽電子は高レベルのスピン偏極を受けたも
のとなる。得られた陽電子ビームのスピン偏極の方向を
、鎖交静電界と鎖交磁界とを適切に印加することにより
制御できる。近年開発された偏極電子顕微鏡を補うもの
としての偏極陽電子顕微鏡法は交換相互作用及びその他
のスピン偏極現象に関する情報を提供しなければならな
い。In addition, the positron beam of the present invention is spin-polarized, and the beam intensity is reduced by a factor of five, but it must be possible to take advantage of the fact that polarization as high as P-0.7 is possible. , which must enable polarized low-energy positron diffraction (PLEPD) in transmission mode, which is most commonly used to generate slow positron source means emitted from nuclear beta decay of radioactive isotopes. The populations of high-energy positrons that are generated become spin-polarized themselves as a result of the weak interactions that generated them. The spin polarization of the high-energy positron is maintained while the positron decelerates in the slow positron moderator. As a result, the slow positrons emitted from the moderator are also spin-polarized. Slow electrons can be accelerated and focused to form a spin-polarized beam. By placing a low atomic number absorber between the source of high energy positron radiation and the moderator, the degree of spin polarization of the slow positron source means can be adjusted. The absorber is based on the principle that the low-energy part of the source spectrum (starting at a few +KeV) that experiences a low level of spin polarization as a result of weak interactions is stopped in the absorber rather than in the moderator. It works. Only positrons that are spin-polarized to a high level in the source spectrum and have initially high energy pass through the absorber and reach the moderator, so that the slow positrons generated by the moderator are It is spin-polarized at the same level. The direction of spin polarization of the obtained positron beam can be controlled by appropriately applying an interlinkage electrostatic field and an interlinkage magnetic field. Polarized positron microscopy as a complement to the recently developed polarized electron microscopy should provide information on exchange interactions and other spin polarization phenomena.
上述の相互作用は陽電子と電子の双方に起こるが、陽電
子は反物質であるため、電子とは共有しないような種類
の相互作用を受けさせるいくつかの特性を有する。たと
えば、陽電子は電子と組合されて1粒子を消滅させると
共に、それぞれ約511,0OOeVのエネルギー(E
mo2)を有する2つのガンマ線をほぼ相反する方向に
放出させる。あるいは、陽電子は電子を捕獲して、ポジ
トロニウム(P s)と呼ばれる水素状陽電子・電子結
合状態を形成する。PS原子は、媒体に応じて通常は1
から3ナノ秒の長さである特性Ps寿命の後、媒体内で
2つ又は3つのガンマ線となって消滅する。あるいは、
Psは媒体から逃げ、真空中で140ナノ秒の寿命をも
って存在することもある0以上の場合の他にも、陽電子
は媒体内で停止し、ゆっくりと媒体の表面まで進む(拡
散する)こともあり、その場合、最大面が真空中にある
電界によって陽電子を媒体から放出させることができる
。この表面電界は仕事関数としても知られており、通常
は電子を媒体内へ引戻すが、媒体から陽電子と反発する
ように動作することができる。The interactions described above occur with both positrons and electrons, but because positrons are antimatter, they have some properties that make them susceptible to types of interactions that they do not share with electrons. For example, a positron combines with an electron to annihilate a single particle, and each has an energy of about 511,0000eV (E
emit two gamma rays having the same polarity (mo2) in substantially opposite directions. Alternatively, the positron captures an electron to form a hydrogen-like positron-electron bond state called positronium (Ps). PS atoms are usually 1 depending on the medium
After a characteristic Ps lifetime, which is 3 nanoseconds long, it annihilates in the medium as two or three gamma rays. or,
Ps escapes from the medium and may exist in vacuum with a lifetime of 140 nanoseconds.In addition to the case of 0 or more, the positron may stop within the medium and slowly advance (diffuse) to the surface of the medium. , in which case positrons can be ejected from the medium by an electric field whose largest surface is in a vacuum. This surface electric field, also known as a work function, normally pulls electrons back into the medium, but can act to repel positrons from the medium.
低速陽電子を媒体から放出する現象は「低速陽電子放出
」として知られており、低速陽電子源手段発生の基礎を
成す、この現象は。The phenomenon of emitting slow positrons from a medium is known as "slow positron emission" and this phenomenon forms the basis of slow positron source means generation.
いくつかの点では、電界放出のプロセスに似ている。In some respects it is similar to the process of field emission.
以上のことに加え、媒体内に注入された陽電子は、正に
帯電された原子が存在しない状態である欠陥の中にトラ
ップされることがある。陽電子は、ある程度まで欠陥の
大きさ、電荷及びその他の特性により決定される寿命だ
け欠陥の中で存在し、その後、消滅する。In addition to the above, positrons injected into the medium may become trapped in defects, where positively charged atoms are absent. The positrons exist within the defect for a lifetime determined to some extent by the defect's size, charge, and other characteristics, and then disappear.
従って、陽電子顕微鏡装置は少なくとも4つの現象、す
なわち、消滅、ポジトロニウム形成、低速陽電子放出及
び欠陥トラッピングにより得られる像を形成すると予測
でき、そのような像は、電子顕微鏡法では得られない。Therefore, positron microscopy equipment can be expected to produce images resulting from at least four phenomena: annihilation, positronium formation, slow positron emission, and defect trapping, which cannot be obtained with electron microscopy.
上述のような相違点もあるが、電子と陽電子には大きな
類似点があり、それらの粒子を使用する顕微鏡法の実施
方法にも類似点がある。ここで電子顕微鏡装置について
説明すると、電子顕微鏡は、たとえば透過形電子顕微鏡
(TEM)、反射形電子顕微鏡(REM)などの異なる
形態をとることができる。これら2つのタイプでは、比
較的広い領域の像を高倍率で形成するために走査プロセ
スを適用する。Despite the differences noted above, there are significant similarities between electrons and positrons, and the ways in which microscopy is performed using these particles. Now, to describe an electron microscope apparatus, an electron microscope can take different forms, such as a transmission electron microscope (TEM), a reflection electron microscope (REM), and the like. These two types apply a scanning process to image a relatively large area at high magnification.
TEMは10−5メ一トル程度の小さな直径を有する高
エネルギー(20KeVから1MeV )の電子ビーム
を検査すべき材料の薄いスライスに透過させることによ
り動作する。TEM operates by passing a high-energy (20 KeV to 1 MeV) electron beam with a diameter as small as 10-5 meters through a thin slice of the material to be examined.
ビームが試料を透過する間、ビームの様々に異なる部分
がビームから強く散乱されるか、又は阻止される。散乱
の程度はターゲットの組成物中の振動によって決まる。During the beam's transmission through the sample, different parts of the beam are strongly scattered or blocked from the beam. The degree of scattering depends on the vibrations in the composition of the target.
透過後、当初は−様な分布を示していたビームは、試料
が優先的にビームから電子を排除した強さの低い領域と
試料とビームがほとんど相互作用しなかった強さの高い
領域とを有することを特徴とするようになる0強さの低
い領域と強さの高い領域との相対的な強さの差を像のコ
ントラストという、この時点で、試料を透過した直後、
ビームと、その像情報は元の10−5メートルのビーム
直径の中に含まれており、像の大きさは、高い強さの領
域と低い強さの領域を発生させた試料の様々な特徴部の
大きさと同じである。この細いビームは一連の強力な電
子レンズの近傍まで伝搬する。After transmission, the beam, which initially had a -like distribution, now has regions of low intensity, where the sample preferentially excluded electrons from the beam, and regions of high intensity, where the sample and the beam had little interaction. Immediately after transmitting through the sample, the difference in relative intensity between the low-intensity region and the high-intensity region is called the image contrast.
The beam and its image information are contained within the original 10-5 meter beam diameter, and the image size is determined by various features of the sample that give rise to regions of high and low intensity. It is the same as the size of the section. This narrow beam propagates close to a series of powerful electron lenses.
この電子レンズは通常は磁界であり、ビームに含まれて
いる像情報をひずませることなくビームの直径を10−
5メートルから数メートルまで拡大するために印加され
る。この電子レンズにより、最高106倍の倍率を得る
ことができる。従って、拡大プロセスの中でビームの外
縁部の大部分は失われる。その後、拡大された高エネル
ギーの電子ビームは蛍光体スクリーンに衝突し、そこで
、電子の運動エネルギーは光に変換されて、光像を形成
する。この場合、高い強さの領域は所定の特徴が存在し
ていない部分に相当する。この時点で、試料中の直径1
(IGic■)の特徴部は蛍光体スクリーンに直径
0.1m層の暗い領域として現われるが、これは人間の
目で見ることができる大きさである。This electron lens, usually a magnetic field, increases the diameter of the beam by 10-
It is applied to expand from 5 meters to several meters. With this electronic lens, it is possible to obtain a maximum magnification of 106 times. Therefore, most of the outer edge of the beam is lost during the expansion process. The expanded high-energy electron beam then impinges on a phosphor screen, where the kinetic energy of the electrons is converted into light to form a light image. In this case, regions of high intensity correspond to areas where the predetermined feature is not present. At this point, the diameter in the sample is 1
The (IGic■) feature appears on the phosphor screen as a dark area with a diameter of 0.1 m, which is the size that can be seen by the human eye.
像の小さな特徴部を識別する能力を電子顕微鏡の「分解
能」という、上述の1 の特徴部の場合、顕微鏡の分解
能は1 である、J[則として倍率とビーム電流密度が
十分に高ければ、あらゆる大きさの特徴部を互いに分解
することができる。しかしながら、実際には、約1 の
特徴部を互いに識別する電子顕微鏡の分解能を量子力学
的な作用が制限する。The ability to distinguish small features in an image is called the "resolution" of an electron microscope.In the case of feature 1 mentioned above, the resolution of the microscope is 1, J [as a rule, if the magnification and beam current density are high enough, Features of any size can be resolved into each other. However, in practice, quantum mechanical effects limit the resolution of electron microscopy to distinguish features of about 1 from each other.
TEMに現われるもう1つの現象は回折である。この作
用はその性質としては量子力学的なものであり、関連す
る粒子の波の性質から起こる。ある意味においては1回
折作用はその質が池の上で2つの波が互いに交差すると
きに発生される波紋に似ているともいえる。入射した電
子の波紋は試料中の電子の異なる波紋と、透過率の高い
ものと低いものとから成るきわめて規則的な波紋を形成
するように互いに作用する0種類の異なる分子は、それ
ぞれ、指紋と同じように分子を識別できるような独特の
回折パターンを有する。従って、所定の試料の組成を識
別するために回折パターンを使用することができる。ま
た1回折パターンは1つの分子と別の分子との化学結合
の変化、試料中に存在すると思われる何らかの結晶面の
配向及び試料中の何らかの種類の欠陥の影響を受けやす
い。Another phenomenon that appears in TEM is diffraction. This effect is quantum mechanical in nature and arises from the wave nature of the particles involved. In a sense, the single diffraction effect can be said to be similar in quality to the ripples produced when two waves cross each other on a pond. The ripples of the incident electrons interact with the different ripples of the electrons in the sample, and the different molecules that interact with each other to form extremely regular ripples consisting of high and low transmittance ripples, respectively. It has a unique diffraction pattern that allows molecules to be identified in the same way. Thus, diffraction patterns can be used to identify the composition of a given sample. A diffraction pattern is also susceptible to changes in the chemical bonds of one molecule to another, the orientation of any crystal planes that may be present in the sample, and any types of defects in the sample.
反射形電子顕微鏡(REM)もTEMと同様に拡大光学
系を有するが、その光学系は。A reflection electron microscope (REM) also has a magnifying optical system like a TEM, but its optical system is...
当初のビーム方向から後方へ散乱する電子から得られた
像を拡大する。それらの電子は主に2つのプロセスから
発生され、(1)高エネルギーを保持する弾性的に後方
散乱された電子と、(2)約30ボルトのエネルギーを
もって放出される二次電子とを含む、電子のエネルギー
が低いので、二次電子から像を形成するために、TEM
で採用されるのとは異なる検出方法をとることが多い。Magnify the image obtained from electrons scattering backwards from the original beam direction. Those electrons are primarily generated from two processes and include (1) elastically backscattered electrons that retain high energy and (2) secondary electrons that are emitted with an energy of about 30 volts. Since the energy of electrons is low, TEM is used to form images from secondary electrons.
Detection methods often differ from those used in
2種類の電子の発生にかかわる基本的な相グ作用が異な
るため、放出されるそれらの電子から形成される像は試
料の異なる特徴部を強調する。後方散乱電子は主に原子
の核から発生されるが、二次電子は媒体内の電子との相
互作用により発生される。従って、相補的特徴を直接比
較することができる。Because the fundamental phase effects involved in the generation of the two types of electrons are different, the images formed from the emitted electrons highlight different features of the sample. Backscattered electrons are primarily generated from the nuclei of atoms, while secondary electrons are generated by interaction with electrons within the medium. Therefore, complementary features can be directly compared.
電子顕微鏡法を反射モードで実施すること、の利点は、
基本的には、像を形成するために試料の薄いスライスを
作成する必要がないという点にある。スライスによって
破壊されてしまうおそれのあるターゲットをも含めて、
より広範囲にわたるターゲットをREMを使用して研究
することができる。そのようなターゲットには、たとえ
ば、集積回路チップが含まれる。The advantages of performing electron microscopy in reflection mode are:
The basic point is that there is no need to make thin slices of the sample in order to form an image. including targets that may be destroyed by slicing.
A wider range of targets can be studied using REM. Such targets include, for example, integrated circuit chips.
二次電子に基づく像形成を走査技術を組合せると、特に
有効な像が得られる。走査形電子顕微鏡の偏向板の構成
と、走査形陽電子顕微鏡の偏向板の構成とに木質的な相
違があってはならない、いずれの場合にも、偏向板は2
対の平行で、互いに独立したプレートから構成され、そ
れぞれの対は相互に90°回転される。一方の対はビー
ムのX位置を制御し、他方の対はビームのy位置を制御
する。Particularly effective images are obtained when secondary electron-based imaging is combined with scanning techniques. There must be no difference in wood quality between the structure of the deflection plate of a scanning electron microscope and the structure of the deflection plate of a scanning positron microscope.
It consists of pairs of parallel, independent plates, each pair rotated 90° relative to each other. One pair controls the X position of the beam and the other pair controls the Y position of the beam.
ビームのx、y位置は、変化する電界を2対のプレート
に印加することにより制御される。プレートは、ビーム
がターゲットに当たる前で電子光学系の最後の素子とし
て配置される。The x,y position of the beam is controlled by applying varying electric fields to the two pairs of plates. The plate is placed as the last element of the electron optics before the beam hits the target.
この動作モードでは、通常1O−8メ一トル程度の大き
さの直径を有するきわめて細いビームが電気偏向板によ
りターゲットの表面に沿って掃引される。ビームがター
ゲットを掃引する間に二次電子流が検出され、その電流
の変化から位置の関数として像が形成される。走査技術
の併用により低エネルギー(1000ボルト未満)の電
子ビームを使用することが可能になるので、試料の損傷
量が少なくなると共に、各試料を検査するのに要する時
間も短縮される。In this mode of operation, a very narrow beam, typically with a diameter on the order of 10-8 meters, is swept along the surface of the target by an electrical deflection plate. A secondary electron current is detected as the beam sweeps over the target, and an image is formed from the changes in the current as a function of position. The combination of scanning techniques allows the use of low energy (less than 1000 volts) electron beams, which reduces the amount of damage to the specimen and reduces the time required to inspect each specimen.
従って、本発明の目的は陽電子顕微鏡装置を提供するこ
とである。It is therefore an object of the present invention to provide a positron microscopy device.
本発明の別の目的は、低速陽電子源手段を利用する陽電
子顕微鏡装置を提供することである。Another object of the present invention is to provide a positron microscopy apparatus that utilizes slow positron source means.
また、高エネルギー陽電子放出源の輝度を高めるために
陽電子減速技術を採用する陽電子顕微鏡装置を提供する
ことも本発明の目的である。It is also an object of the present invention to provide a positron microscopy apparatus that employs positron deceleration techniques to enhance the brightness of a high-energy positron-emitting source.
本発明の別の目的は、コンピュータ画像解析技術を採用
する陽電子顕微鏡装置を提供することである。Another object of the present invention is to provide a positron microscopy apparatus that employs computer image analysis techniques.
さらに、本発明の目的は、後方散乱動作モード、すなわ
ち反射モードで像形成を行うことができる陽電子顕微鏡
装置を提供することである。Furthermore, it is an object of the invention to provide a positron microscopy device that is capable of imaging in a backscatter mode of operation, ie in reflection mode.
本発明のさらに別の目的は、透過動作モードで像形成を
行うことができる陽電子顕微鏡装置を提供することであ
る。Yet another object of the invention is to provide a positron microscopy device capable of imaging in transmission mode of operation.
また1本発明の別の目的は、電子レンズ光学系を使用す
ることができる陽電子顕微鏡装置を提供することである
。Another object of the present invention is to provide a positron microscope apparatus that can use an electron lens optical system.
本発明のさらに別の目的は、減速された陽電子ビームと
共に使用するための改良された電子レンズ光学系を提供
することである。Yet another object of the invention is to provide improved electron lens optics for use with decelerated positron beams.
本発明のさらに別の目的は、電流密度の低いビームを使
用して像形成を行うことができる陽電子顕微鏡装置を提
供することである。Yet another object of the invention is to provide a positron microscopy device that can perform imaging using a beam with low current density.
本発明のさらに別の目的は、目に見える像を形成するた
めに電流密度を増倍する装置を提供することである。Yet another object of the invention is to provide an apparatus for multiplying current density to form a visible image.
また、本発明の別の目的は、像を形成するために低速陽
電子再放出の現象を利用する陽電子顕微鏡装置を提供す
ることである。Another object of the present invention is to provide a positron microscope apparatus that utilizes the phenomenon of slow positron re-emission to form an image.
さらに、本発明の別の目的は、像を形成するために陽電
子消滅の現象を利用する陽電子顕微鏡装置を提供するこ
とである。Furthermore, another object of the present invention is to provide a positron microscope apparatus that utilizes the phenomenon of positron annihilation to form an image.
本発明の別の目的は、像を形成するためにポジトロニウ
ム形成の現象を利用する陽電子顕微鏡装置を提供するこ
とである。Another object of the invention is to provide a positron microscopy device that utilizes the phenomenon of positronium formation to form an image.
本発明の付加的な目的は、像を形成するために欠陥トラ
ッピングの現象を利用する陽電子顕微鏡装置を提供する
ことである。An additional object of the present invention is to provide a positron microscopy device that utilizes the phenomenon of defect trapping to form an image.
本発明のさらに別の目的は、高いコントラスト及び分解
能を有する低速陽電子加速装置を提供することである。Yet another object of the invention is to provide a slow positron accelerator with high contrast and resolution.
本発明の別の目的は、空間画像を形成することができる
陽電子顕微鏡装置を提供することである。Another object of the invention is to provide a positron microscopy device capable of forming spatial images.
本発明のさらに別の目的は、電子運動量及び電子運動量
の分布を研究するために使用することができる装置を提
供することである。Yet another object of the invention is to provide an apparatus that can be used to study electron momentum and the distribution of electron momentum.
また、本発明の付加的な目的は、電子運動量の分布に対
応する空間画像を形成するために使用することができる
装置を提供することである。It is also an additional object of the invention to provide a device that can be used to form a spatial image corresponding to the distribution of electron momentum.
本発明のさらに別の目的は、像を形成するためにポジト
ロニウム原子を利用する陽電子顕微鏡装置を提供するこ
とである。Yet another object of the present invention is to provide a positron microscopy device that utilizes positronium atoms to form images.
本発明の付加的な目的は、像を形成するために陽電子消
滅の結果発生するガンマ線を利用する陽電子顕微鏡装置
を提供することである。An additional object of the present invention is to provide a positron microscopy device that utilizes gamma rays generated as a result of positron annihilation to form an image.
本発明のさらに別の目的は、回折の研究を容易にするた
めにスピン偏極陽電子を利用する装置を提供することで
ある。Yet another object of the invention is to provide an apparatus that utilizes spin-polarized positrons to facilitate diffraction studies.
また、本発明の目的は、透過動作モードと反射動作モー
ドを同時に使用して相関画像を発生することができる陽
電子顕微鏡装置を提供することである。It is also an object of the present invention to provide a positron microscopy device that can generate correlated images using transmission and reflection modes of operation simultaneously.
本発明のさらに別の目的は、像を形成するためにスピン
偏極陽電子を使用することである。Yet another object of the invention is to use spin-polarized positrons to form images.
上記の目的及びその他の目的は、試料ターゲットの拡大
像を形成する陽電子顕微鏡装置を提供する本発明により
達成される1本発明の一実施例によれば、この新規な陽
電子顕微鏡装置は、低エネルギー陽電子から形成される
陽電子源ビームを発生する低速陽電子源を具備する。陽
電子源ビームを集束し、陽電子源ビームの低エネルギー
陽電子を試料ターゲットへ導く集束構成が設けられる。The above and other objects are achieved by the present invention, which provides a positron microscopy device for forming a magnified image of a sample target. According to one embodiment of the present invention, the novel positron microscopy device provides a A slow positron source is provided that generates a positron source beam formed from positrons. A focusing arrangement is provided to focus the positron source beam and direct low energy positrons of the positron source beam to a sample target.
さらに、単一の粒子像エンハンスメント構成は、この実
施例では試料ターゲットの他方の側まで透過する陽電子
源ビーム中の低エネルギー陽電子から形成されるターゲ
ットビームに応答して像を形成する。Furthermore, the single particle image enhancement arrangement forms an image in response to a target beam formed from low energy positrons in a positron source beam that in this embodiment is transmitted to the other side of the sample target.
低速陽電子透過により実現されるような種類の顕微鏡法
を利用して、試料ターゲットを成す薄く、きわめて均一
な単結晶試料を照明することができるであろう、試料タ
ーゲットの他方の側で低速陽電子が発生され、細い円錐
の形状で放出される。ウィルス等の顕微鏡試料を結晶の
上に載置すると5低速陽電子の放出を阻止又は減少する
ことができる。従って、ウィルスは低速陽電子フラック
スに対応して得られた像の中に暗い領域として現われる
。低速陽電子が電子と比較して相対的に狭いエネルギー
の広がり範囲を示すことを特徴とする点は、イメージン
グの実行に当たり低速陽電子を使用することの大きな利
点である。その結果、高コントラスト、高分解能の像が
得られる。Using the type of microscopy achieved by slow positron transmission, slow positrons on the other side of the sample target would be able to illuminate the thin, highly homogeneous, single-crystal sample that constitutes the sample target. generated and released in the form of a narrow cone. Placing a microscopic sample, such as a virus, on top of the crystal can prevent or reduce the emission of 5 slow positrons. Viruses therefore appear as dark areas in images obtained in response to slow positron flux. A major advantage of using slow positrons for performing imaging is that they exhibit a relatively narrow energy spread compared to electrons. As a result, a high contrast, high resolution image can be obtained.
本発明の一実施例においては、対物レンズと、後続する
投射レンズとが、ターゲットビームを受取るターゲット
プレートを含む単一の粒子像エンハンスメン゛ト構成に
ターゲットビームを集束する。ターゲットプレートは、
ターゲットビームが衝突するのに応答してビーム中の陽
電子ごとに多数の電子を放出する。さらに、表示プレー
トは蛍光体層をほぼ平面的な構成で且つターゲットプレ
ートとほぼ平行に支持する。蛍光体層の蛍光体はターゲ
ットプレートにより放出された多数の電子と互いに作用
して、その各電子に対応する多数の光子を発生する。In one embodiment of the invention, an objective lens and a subsequent projection lens focus the target beam into a single particle image enhancement arrangement that includes a target plate that receives the target beam. The target plate is
In response to the target beam being struck, each positron in the beam releases a large number of electrons. Further, the display plate supports the phosphor layer in a substantially planar configuration and substantially parallel to the target plate. The phosphor of the phosphor layer interacts with a number of electrons emitted by the target plate to generate a number of photons corresponding to each electron.
本発明の重大な一面によれば、低速陽電子源は低エネル
ギー陽電子を発生する陽電子減速体を含む、陽電子減速
体は、高エネルギー陽電子を受取って、前述のように低
速陽電子から形成される陽電子源ビームをそれに応答し
て発生する熱化装置を含む。According to an important aspect of the invention, the slow positron source includes a positron moderator that generates low energy positrons, the positron moderator receives high energy positrons, and the positron source is formed from slow positrons as described above. A thermalization device responsively generates a beam.
本発明の特定の一実施例においては、熱化装置はタング
ステン(W)から形成され、高エネルギー陽電子源と共
動する。この実施例では、高エネルギー陽電子源はこの
陽電子源と熱化装置との間に配置される窓の上に配設さ
れる0本発明の実際の実施例においては、高エネルギー
陽電子源は22N&から形成されても良く、Tiから窓
を形成することができる。これにより、高エネルギー陽
電子源により放出された高エネルギー陽電子は窓手段を
通って伝搬し、熱化?t!lと連絡する。熱化装置は陽
電子源ビームの進行方向とほぼ平行に配置される複数枚
のベーンとして構成されても良い。In one particular embodiment of the invention, the thermalization device is formed from tungsten (W) and cooperates with a high energy positron source. In this embodiment, the high-energy positron source is arranged above a window located between the positron source and the thermalization device. In a practical embodiment of the invention, the high-energy positron source is The window can be formed from Ti. This allows the high-energy positrons emitted by the high-energy positron source to propagate through the window means and thermalize? T! Contact l. The thermalization device may be configured as a plurality of vanes arranged substantially parallel to the direction of travel of the positron source beam.
陽電子顕微鏡装置の別の実施例においては、陽電子源ビ
ームを屈曲させる陽電子源ビーム屈曲構成がさらに設け
られている。陽電子顕微鏡装置を完全にまっすぐな軸の
上に配置する必要はない、実際には、陽電子源ビームを
発生するために使用される高エネルギー陽電子源により
放出される迷放射の経路から外れるようにビームを屈曲
させると有利である。対物レンズはターゲットビームを
集束するために使用され、コントラストアパーチャはタ
ーゲットビームの7パーチヤの寸法を制御する。In another embodiment of the positron microscopy device, a positron source beam bending arrangement is further provided for bending the positron source beam. It is not necessary to position the positron microscopy apparatus on a perfectly straight axis; in fact, the positron source beam must be positioned so that the beam is out of the path of stray radiation emitted by the high-energy positron source used to generate the source beam. It is advantageous to bend the The objective lens is used to focus the target beam, and the contrast aperture controls the size of the seven perias of the target beam.
本発明の透過形陽電子顕微鏡の実施例では、低速陽電子
源と輝度レベルエンハンスメント構成とが互いに試料タ
ーゲットの反対側に配置される。従って、像は試料ター
ゲットを透過した陽電子から形成される。さらに、この
ような実施例においては、試料ターゲットからほぼ低速
陽電子源に向かう方向に戻される二次電子を受取るよう
に配置される別の単一の粒子像エンハンスメント装置が
付加的に設けられても良い、この別の単一の粒子像エン
ハンスメント装置は同時に反射形顕微鏡法による像形成
をも可能にするので、相補形特徴部の像形成及び比較が
容易になる。In a transmission positron microscope embodiment of the present invention, a slow positron source and a brightness level enhancement arrangement are placed on opposite sides of a sample target from each other. Therefore, an image is formed from the positrons transmitted through the sample target. Additionally, in such embodiments, another single particle image enhancement device may additionally be provided that is arranged to receive secondary electrons returned from the sample target in a direction generally toward the slow positron source. This separate single particle image enhancement device also allows reflection microscopy imaging at the same time, facilitating imaging and comparison of complementary features.
本発明の反射形陽電子顕微鏡装置の実施例では、低速陽
電子源は、前述のように、低エネルギー陽電子から形成
される陽電子源ビームを発生する。さらに、陽電子源ビ
ームを集束し、陽電子源ビームの低エネルギー陽電子を
試料ターゲットへ導く集束構成が設けられる。しかしな
がら、本発明のこの実施例においては、単一の粒子像エ
ンハンスメント装置は、試料ターゲットによりほぼ低速
陽電子源に向かう方向に再放出される低エネルギー陽電
子から形成される再放出ビームに応答して像を形成する
。In embodiments of the reflective positron microscopy apparatus of the present invention, the slow positron source generates a positron source beam formed from low energy positrons, as described above. Additionally, a focusing arrangement is provided for focusing the positron source beam and directing low energy positrons of the positron source beam to the sample target. However, in this embodiment of the invention, the single particle image enhancement device is imaged in response to a re-emitted beam formed from low-energy positrons that are re-emitted by the sample target in a direction generally toward the slow positron source. form.
再放出低速陽電子は試料ターゲットの表面の性質に対し
てきわめて高い感度を示すので、像形成という点からい
えば非常に有利である。試料ターゲットの表面は1通常
、およそ最初の数層の電子層に相邑する厚さ、普通は1
から2層分(101am)であると考えられる。この現
象は、光電子放出形顕微鏡法において、数十l10−8
Cの深さで一次粒子により発生される光電子から像を形
成する公知の方法とは対称的である。従って、光電子が
試料ターゲットから出るときの表面特性に対する感度は
陽電子より低くなる。再放出低速陽電子の表面感度が高
いために、たとえば、生物学の細胞壁、誘電体の界面等
の薄膜現象を新たに観察することが可能になる。さらに
、低速陽電子の放出は、少なくとも1つの陽電子が試料
ターゲットの表面の欠陥にトラップされて、そこで消滅
することにより、欠陥の存在を感知するとも考えられる
。そのように陽電子が欠陥にトラップされた場合、像の
中に暗いスポット(消滅した低速陽電子がない部分)と
して現われ、たとえば、集積回路チップの走査などにこ
れを有効に利用できるであろう、対物レンズは再放出ビ
ームを集束し、試料ターゲットと対物レンズとの間に配
置される加速器は再放出ビーム中の陽電子を加速する。Re-emitted slow positrons are very sensitive to the surface properties of the sample target and are therefore very advantageous from an imaging standpoint. The surface of the sample target has a thickness approximately equal to the first few electron layers, usually 1
It is thought that it is two layers (101 am) from . In photoemission microscopy, this phenomenon can be observed in tens of l10-8
This is in contrast to known methods of forming images from photoelectrons generated by primary particles at a depth of C. Therefore, photoelectrons are less sensitive to surface properties than positrons as they exit the sample target. The high surface sensitivity of re-emitted slow positrons makes it possible to newly observe thin film phenomena such as biological cell walls and dielectric interfaces. Furthermore, the emission of slow positrons is also believed to sense the presence of a defect by trapping at least one positron in the defect on the surface of the sample target and annihilating it there. If a positron were to become trapped in a defect, it would appear as a dark spot in the image (where there are no annihilated slow positrons), which could be usefully used, for example, to scan integrated circuit chips. A lens focuses the re-emission beam, and an accelerator located between the sample target and the objective accelerates the positrons in the re-emission beam.
本発明を実施するに際し、入射粒子に応答して表示の輝
度を向上させるために使用される単一の粒子像エンハン
スメント構成は、入射粒子を受取るターゲットプレート
を含む。In practicing the present invention, the single particle image enhancement arrangement used to enhance the brightness of a display in response to incident particles includes a target plate that receives the incident particles.
ターゲットプレートは入射粒子に応答して多数の電子を
放出する。それらの電子は蛍光体に向って加速され、蛍
光体はターゲットにより放出された多数の電子と、光を
放出させる結果となるように互いに作用する。さらに、
蛍光体をほぼ平面的な構成で且つターゲットプレートと
ほぼ平行に支持する表示プレートが設けられている。The target plate emits a large number of electrons in response to incident particles. Those electrons are accelerated toward the phosphor, which interacts with the large number of electrons emitted by the target in a manner that results in the emission of light. moreover,
A display plate is provided that supports the phosphor in a substantially planar configuration and substantially parallel to the target plate.
前述のように、単一の粒子像エンハンスメント構成には
、ターゲットプレートにより放出された多数の電子を表
示プレートに向かう方向に加速する加速器が設けられる
。特定の一実施例においては、加速器は、多数の電子を
表示プレートに向かって引寄せることによリ″、放出さ
れた多数の電子の少なくとも一部を蛍光体と連絡させる
ために所定の振幅と極性を有する電圧を表示プレートに
印加するように表示プレートに結合される電源と関連し
ている。As previously mentioned, a single particle image enhancement arrangement is provided with an accelerator that accelerates a large number of electrons emitted by the target plate in a direction toward the display plate. In one particular embodiment, the accelerator has a predetermined amplitude and amplitude for attracting a large number of electrons toward the display plate and causing at least a portion of the emitted large number of electrons to communicate with the phosphor. A power source is associated with the display plate to apply a polarized voltage to the display plate.
本発明の別の実施例においては、放出された多数の電子
と蛍光体との相互作用に応答して表示プレートの近傍で
形成される像を記憶するメモリがさらに設けられるが、
これはコンピュータメモリであっても良い、メモリに記
憶されたデータを解析する画像解析装置は、メモリに記
憶されたデータに基づいて動作する0本発明のいくつか
の実施例では、画像の収集はビデオシステムにより行わ
れる。In another embodiment of the invention, a memory is further provided for storing an image formed in the vicinity of the display plate in response to the interaction of the emitted electrons with the phosphor;
This may be a computer memory; the image analysis device that analyzes the data stored in the memory operates based on the data stored in the memory. In some embodiments of the invention, the collection of images is This is done by a video system.
そのような画像収集は、表示プレートの電流密度が像を
直接観察するには低すぎるような本発明の実施例で必要
とされると考えられる。Such image collection may be required in embodiments of the invention where the current density of the display plate is too low to directly observe the image.
本発明の電子増信管に関していえば、像をエンハンスす
る装置はプレートを2枚有するチャネル電子増倍管アレ
イ(CEMA)と、関連する画像記憶解析エレクトロニ
クスシステムを利用する。いくつかの実施例においては
、CEMAシステムは10e−7cm2−5ea。Regarding the electron multiplier of the present invention, the image enhancement apparatus utilizes a two-plate channel electron multiplier array (CEMA) and associated image storage and analysis electronics system. In some embodiments, the CEMA system is 10e-7cm2-5ea.
という低い電流密度でも像形成を可能にする。CEMA
は、これに衝突する粒子ごとに約108個の電子から成
る電子雲を発生する。この電子雲は、蛍光体スクリーン
上に向かって加速されたとき、1つの粒子の光出力を約
106倍に増倍するので、個々の粒子をそれぞれ目で見
て検出することができる。This enables image formation even at low current densities. CEMA
produces an electron cloud of about 108 electrons for each particle that collides with it. When accelerated onto the phosphor screen, this electron cloud multiplies the light output of a single particle by a factor of approximately 106, so that each individual particle can be visually detected.
実際には、チャネル電子増倍管アレイは薄い(0、8m
麿)鉛ガラス片であって、その厚さを貫通して走る約1
06の直径10uLmのチャネルを有する。各チャネル
は80:1の長さ対直径アスペクト比を有する。シート
の開放債域は50%の開放率である。すなわち、チャネ
ルはシートの表面積の50%を占める。電子増倍を可能
にするようにチャネルの表面に1を越える二次電子放出
確率を与えるために、鉛ガラスは還元雰囲気の中で熱処
理される。この増倍は、前面と背面との間に電界を印加
した後に起こる。帯電した粒子は、一方の面に衝突する
と、二次電子を放出し、その二次電子は表面に達するま
でチャネルに沿って電界により下方へ引寄せられて、表
面でおそらくはさらに2つの電子を放出する。その後、
それらの二次電子は別の表面に衝突するまでさらに加速
され、そこでさらに2つの電子をそれぞれ放出する。こ
のプロセスは、入射した帯電粒子ごとにチャネル電子増
倍管アレイの背面から約5X103個の電子が放出する
まで続く、互いに対向して2枚のプレートが配置されて
いれば、2枚のプレート構造の後端部から約3X107
個の電子が出る。3枚のプレートを共に使用すると。In practice, channel electron multiplier arrays are thin (0,8 m
Maro) A piece of lead glass that runs through its thickness about 1
06 with a 10 uLm diameter channel. Each channel has a length-to-diameter aspect ratio of 80:1. The open debt area of the sheet is 50% open. That is, the channels occupy 50% of the surface area of the sheet. The lead glass is heat treated in a reducing atmosphere to give the surface of the channel a secondary electron emission probability greater than 1 to enable electron multiplication. This multiplication occurs after applying an electric field between the front and back surfaces. When a charged particle hits one side, it releases a secondary electron, which is pulled downward by the electric field along the channel until it reaches the surface, where it releases possibly two more electrons. do. after that,
Those secondary electrons are further accelerated until they collide with another surface, where they each release two more electrons. This process continues until approximately 5X103 electrons are emitted from the back side of the channel electron multiplier array for each incident charged particle. Approximately 3X107 from the rear end of
electrons are emitted. When three plates are used together.
利得は約I X l 08になる。チャネルの空間飽和
があるため、これは利得の極限限界である。この種のシ
ステムは、入射粒子が陽電子である環境においても同様
に良好に動作する。The gain will be approximately I x l 08. This is the ultimate limit of gain because of the spatial saturation of the channel. Systems of this type work equally well in environments where the incident particles are positrons.
CEMAシステムにより形成された像を受取るために光
レベルの低いビデオカメラ装置が配置される。このビデ
オカメラはDAGEMTi 65に低輝度ビデオカメ
ラであっても良い、ビデオカメラの出力は、アナログカ
メラ信号を2進デジタル形態、すなわち。A low light level video camera device is positioned to receive the images formed by the CEMA system. This video camera may be a DAGEMTi 65 low brightness video camera, the output of the video camera is an analog camera signal in binary digital form, ie.
0=事象なし、l=事象ありの形態に変換するディジタ
イザボード、たとえば、ChorusData Sys
temsから販売されているディジタイザボードに送ら
れる。デジタル化された情報は、側々のフラッシュから
像を形成させる信号平均化装置により解析され、 Nu
■ber旧neCorporationから市販されて
いるもののような高分解能(512X512画素)グラ
フィックボードの適切な記憶場所に加えられる0本発明
のいくつかの実施例においては、そのような平均化は4
8時間の期間にわたり行なわれる。その結果得られた情
報はApple IIEモニターなどの高解像度モニ
ターに表示される。ディジタイザボード及びグラフィッ
クボードのホストコンピュータはIBM PCであっ
ても良い、さらに、カメラからのビデオ信号は従来のビ
デオカセットレコーダシステムに記憶されても良い。Digitizer board converting to 0=no event, l=event form, e.g. ChorusData Sys
It is sent to a digitizer board sold by TEMS. The digitized information is analyzed by a signal averaging device that forms an image from the side flashes, and Nu
In some embodiments of the present invention, such averaging is applied to a suitable memory location on a high-resolution (512 x 512 pixel) graphics board, such as those commercially available from NeCorporation.
It takes place over a period of 8 hours. The resulting information is displayed on a high resolution monitor such as an Apple IIE monitor. The host computer for the digitizer board and graphics board may be an IBM PC, and the video signal from the camera may be stored on a conventional video cassette recorder system.
陽電子源ビームによる試料ターゲット走査は静電偏光板
を使用して行われる。陽電子源ビームが非常に細い本発
明のいくつかの実施例では、そのような走査は、ターゲ
ットビームが振幅情報のみを搬送すれば良いという利点
を与える。従って、走査によって蛍光体スクリーンに形
成される光点を振幅値としてメモリに記憶することがで
き、メモリ内で画像累積が実行される。Scanning of the sample target with the positron source beam is performed using an electrostatic polarizer. In some embodiments of the invention where the positron source beam is very narrow, such scanning provides the advantage that the target beam only needs to carry amplitude information. The light spots formed on the phosphor screen by scanning can thus be stored as amplitude values in a memory, in which image accumulation is carried out.
本発明のさらに別の面によれば、陽電子顕微鏡装置を電
子運動量分布に適用することが可能である。陽電子が電
子と共に消滅するときに2つのガンマ線が発生されるこ
とは知られている。運動量の保存の法則により、ガンマ
線は厳密に180’離間して放射される。According to yet another aspect of the invention, it is possible to apply a positron microscopy device to electron momentum distribution. It is known that two gamma rays are generated when a positron annihilates with an electron. Due to the law of conservation of momentum, gamma rays are emitted exactly 180' apart.
しかしながら、媒体中の電子の運動量は少ないので、ガ
ンマ線が成す角度はわずかに変化する。この変化は運動
量の保存を可能にするために必要であり、電子の運動量
をPeとし、電子の質量と光速をそれぞれm、cとした
とき、はぼP e / m cに相当する。電子運動量
は試料ターゲットにおいて材料の組成、結晶構造及びそ
の他の多くの要因の関数として変化し、そのような変化
は消滅ガンマ線の角度分布により表示される。However, since the momentum of the electrons in the medium is small, the angle formed by the gamma rays changes slightly. This change is necessary to enable conservation of momentum, and when the momentum of the electron is Pe, and the mass of the electron and the speed of light are m and c, respectively, it corresponds to P e / m c. Electron momentum changes in the sample target as a function of material composition, crystal structure, and many other factors, and such changes are represented by the angular distribution of annihilation gamma rays.
すなわち、陽電子が物質内でKTに減速する(熱化する
)とき、いくつかの異なる現象が起こる。陽電子は表面
に向かって10−8から1O−7メートル拡散し、表面
において表面仕事関数により、それが負であれば、再放
出低速陽電子として物質の外へ放出される。熱化は、放
射性線源から放出された高エネルギー陽電子が減速体に
侵入したときに受けるプロセスである。減速材に侵入し
た後、陽電子の初期エネルギーは、エネルギーがl/4
0eVで、又はその付近で熱平衡状態に達するまで、減
速体中の粒子との一連の非弾性非保存性の衝突によって
失なわれる。この点で、熱平衡状態は、陽電子の集団の
動きがランダムな方向を示していることを表わす、この
現象がここでも説明される陽電子再放出形顕微鏡の基礎
を成す。That is, when a positron decelerates (thermalizes) to KT in a material, several different phenomena occur. The positron diffuses 10-8 to 10-7 meters towards the surface and is emitted out of the material as a re-emitted slow positron due to the surface work function at the surface, if it is negative. Thermalization is the process that high-energy positrons emitted from a radioactive source undergo when they enter a moderator. After entering the moderator, the initial energy of the positron is 1/4
It is lost through a series of inelastic, non-conservative collisions with particles in the moderator until thermal equilibrium is reached at or near 0 eV. In this respect, thermal equilibrium represents the random orientation of the motion of a population of positrons, a phenomenon that forms the basis of positron re-emission microscopy, which is also described here.
陽電子は、また、その到達点の拡散距離(10−8から
10″7m)の中で電子と組合されて即時に消滅し、1
80°離間した等しい511KeVのエネルギーを有す
る2つのガンマ線となって放出される。媒体中の電子が
わずかな運動量δpを宥する場合、ガンマ線の運動量を
mcとしたとき、即発消滅の放出角度はθ=δp /
m cに等しい量だけ180゜からずれる、PETサイ
クロトロンで使用されているのと同様のリング状に配置
されたガンマ線検出器を使用してθの平均値を測定する
ことにより、平均電子運動量δPを求めることができる
。最後に、陽電子は電子を収集して、ポジトロニウムを
形成する場合がある。ポジトロニウムはその形成点から
ランダムに1O−8から1O−7メートルまで拡散し、
表面に達すれば、真空中へ逃げる。真空中で、ポジトロ
ニウムは、その特性サインとなる3つのガンマ線として
消滅するまで140XIO−9秒の最長寿命をもって存
在する。The positron also combines with an electron within the diffusion distance (10-8 to 10"7 m) of its arrival point and annihilates instantly, 1
Two gamma rays of equal energy of 511 KeV are emitted 80° apart. When the electrons in the medium have a small momentum δp, and the momentum of the gamma ray is mc, the emission angle for prompt annihilation is θ=δp/
Determine the average electron momentum δP by measuring the average value of θ using a gamma-ray detector arranged in a ring similar to that used in PET cyclotrons, offset from 180° by an amount equal to m c. You can ask for it. Finally, positrons may collect electrons to form positronium. Positronium diffuses randomly from its point of formation up to 10-8 to 10-7 meters,
Once it reaches the surface, it escapes into the vacuum. In vacuum, positronium exists with a maximum lifetime of 140XIO-9 seconds before disappearing as its characteristic signature of three gamma rays.
ターゲット又はその近傍で陽電子及びポジトロニウムか
ら放出される消滅ガンマ線を適正に解析することにより
、即発消滅、電子運動量分布及びポジトロニウム形成の
現象を互いに識別することができる。即発消滅の測定は
、ヨー化ナトリウム等の2つのガンマ線検出器を180
°離間させて配置し、ランダムな背景事象を排除するた
めにそれらの検出器に時間の一致を要求することにより
行うことができる。ガンマ線エネルギーを測定すること
が可能になると、さらに1等時性をもって起こる3つの
ガンマ線ポジトロニウム事象に起因するランダムではな
い背景事象も最小限に抑えられるであろう、ポジトロニ
ウム形成は、ターゲットを中心として1つの平面に配置
される3つのガンマ線検出器に時間の一致を要求するこ
とにより測定可能である。By properly analyzing the annihilation gamma rays emitted by positrons and positronium at or near the target, the phenomena of prompt annihilation, electron momentum distribution and positronium formation can be distinguished from each other. To measure prompt annihilation, two gamma ray detectors such as sodium iodide are used at 180
This can be done by spaced apart and requiring time coincidence of their detectors to eliminate random background events. Being able to measure gamma-ray energies would also minimize non-random background events due to three gamma-ray positronium events occurring with one isochrony; It can be measured by requiring three gamma ray detectors placed in one plane to coincide in time.
最後に、運動量分布の測定は、2つのガンマ線検出器ア
レイがガンマ線の2X10−3ラジアンという小さな値
の角度偏差を識別する能力を有する状態でそれらの7レ
イを180゜離間させて配置することにより実施するこ
とができる。ガンマ線検出器アレイには、即発消滅の検
出に要求されたのと同様の時間一致及びエネルギー測定
の必要条件が課されると考えられる。Finally, the momentum distribution can be measured by placing two gamma-ray detector arrays with 7 rays 180° apart, with the ability to discriminate angular deviations of gamma-rays as small as 2X10-3 radians. It can be implemented. It is believed that gamma ray detector arrays are subject to similar time matching and energy measurement requirements as required for prompt annihilation detection.
本発明によれば、ガンマ線顕微鏡又は走査反射形陽電子
顕微鏡を使用して電子運動量の分布の像を構成し、それ
により、空間位置の関数として電子運動量の分布の像を
得ることができる。試料ターゲットから放出される二次
電子の像を同時に形成することにより、又はガンマ線と
の位置相関を与えるために走査陽電子ビームを使用する
ことにより、電子運動量分布から空間像を構成すること
ができる。そのような空間像は電子運動量の像に直接相
応するものであるため、ターゲット材料の特定の変化が
運動量分布に与える影雪を研究することができる。その
ような研究は電子顕微鏡では不可能である。この方式に
より研究できる現象の例としては、集積回路チップ内部
の界面でドーピングの変化に応じて起こり、フェルミ準
位エネルギーの変化と同等である電子運動量の変化、又
は薬剤等の異物が導入されたときの生物細胞内部のエネ
ルギー準位の変化などがある。試料ターゲットから放出
されるポジトロニウムを使用する像形成など、その他の
種類の陽電子利用顕微鏡法も可能であることは言うまで
もないであろう。According to the invention, a gamma microscope or a scanning reflection positron microscope can be used to construct an image of the distribution of electron momentum, thereby obtaining an image of the distribution of electron momentum as a function of spatial position. An aerial image can be constructed from the electron momentum distribution by simultaneously imaging the secondary electrons emitted from the sample target or by using a scanning positron beam to provide a positional correlation with the gamma rays. Since such an aerial image directly corresponds to an electron momentum image, it is possible to study the influence of specific changes in the target material on the momentum distribution. Such studies are not possible with electron microscopy. Examples of phenomena that can be studied using this method are changes in electron momentum that occur in response to changes in doping at interfaces inside integrated circuit chips and are equivalent to changes in Fermi level energy, or changes in the electron momentum that occur at interfaces inside integrated circuit chips, or when a foreign substance such as a drug is introduced. These include changes in the energy levels inside living cells. It will be appreciated that other types of positron-based microscopy are also possible, such as imaging using positronium emitted from a sample target.
陽電子のガンマ線消滅に先立って陽電子の空間位置をマ
ークする方法を採用する場合、それらの信号を利用する
ために陽電子ガンマ線顕微鏡を構成することができる0
本発明の実施に当たり利用できると思われる空間マーキ
ング技術は少なくとも2種類あるが、それらはいずれも
利点と欠点を合わせ持っている。いずれの方法において
も、顕微鏡の極限分解能は、陽電子が初期インプランテ
ーシ。If a method is adopted to mark the spatial position of positrons prior to their gamma annihilation, a positron gamma microscope can be configured to utilize those signals.
There are at least two spatial marking techniques that may be utilized in the practice of the present invention, each of which has advantages and disadvantages. In either method, the ultimate resolution of the microscope is the initial implantation of positrons.
ン場所から大量に拡散するために、1O−7から1O−
8メートルの分解能まで制限される。1O-7 to 1O-
Limited to 8 meter resolution.
第1の方法は「走査」と呼ばれる。この方法では、細い
陽電子ビームが一組の偏光板により、厳密な制御の下に
、ターゲットに沿って水平方向及び垂直方向に掃引され
る。偏光板制御部の設定によって任意の瞬時におけるビ
ーム位置が決定され、顕微鏡法に必要な空間マーカーが
与えられる。ビームサイズが陽電子の拡散距離より大き
ければ、走査形顕微鏡の分解能はビームサイズにより決
定される。低速陽電子源手段を使用する場合に現在利用
できる電流密度は低いので、輝度エンハスメント等の特
殊な技術に頼らずに適切な強さを維持しながら必要なビ
ームサイズを得ることは困難である。輝度エンハンスメ
ント技術を用いれば、現在開発されている走査形顕微鏡
で、試料内部のポジトロニウム形成の像を形成するため
にガンマ一致技術を使用して、2XlO−5メ一トル程
度の分解能を得ることが可能であった。The first method is called "scanning". In this method, a narrow positron beam is swept horizontally and vertically along a target under tight control by a set of polarizers. The settings of the polarizer control determine the beam position at any instant and provide the spatial markers needed for microscopy. If the beam size is larger than the diffusion distance of the positron, the resolution of the scanning microscope is determined by the beam size. Due to the low current densities currently available when using slow positron source means, it is difficult to obtain the required beam size while maintaining adequate intensity without resorting to special techniques such as brightness enhancement. Using brightness enhancement techniques, currently developed scanning microscopes can obtain resolutions on the order of 2XlO-5 meters using gamma matching techniques to image positronium formation inside a sample. It was possible.
陽電子のインプランテーション位置をマークする第2の
方法は、二次電子放出の現象を利用するものである。約
300ボルト以上の高エネルギーは、試料に侵入すると
、熱エネルギーに減速する以前及びターゲット内へ拡散
する以前に二次電子を遊離させる。二次電子放出の確率
はターゲットの組成及び初期エネルギーによって異なる
が、50%から200%の範囲である。電子は陽電子ビ
ームのインプランテーシ、ン位置から1O−9メートル
以内で放出されるので、二次電子スペクトルは陽電子イ
ンプランテーションの空間情報を含む、電圧の極性を逆
にしく電子の電荷が逆極性であるため)、幾何学的配置
を幾分変更した上で、ここで説明する陽電子再放出形顕
微鏡で使用されるのとほぼ同様の方法で電子の像を形成
することにより、この空間情報を取出すことができる。A second method of marking the position of positron implantation utilizes the phenomenon of secondary electron emission. High energies of about 300 volts and above, upon entering the sample, liberate secondary electrons before they are decelerated to thermal energy and diffuse into the target. The probability of secondary electron emission varies depending on the target composition and initial energy, but ranges from 50% to 200%. Since the electrons are emitted within 10-9 meters of the positron beam implantation position, the secondary electron spectrum contains the spatial information of the positron implantation. This spatial information can be obtained by imaging the electrons in a manner similar to that used in the positron re-emission microscope described here, with some modifications to the geometry). It can be taken out.
像形成を実施するための静電レンズ又は磁気レンズが使
用されるので、達成可能な分解能を、透過形陽電子顕微
鏡を表わすのと同じ式により予測することができる。た
だし、この場合、ガンマ線検出器の効率及び二次電子の
放出確率によって起こる損失を考慮に入れて、電流密度
は変更される。この損失は95%の大きさにもなると考
えられる。従って。Since electrostatic or magnetic lenses are used to perform the imaging, the achievable resolution can be predicted by the same equations that describe transmission positron microscopy. However, in this case the current density is changed, taking into account the losses caused by the efficiency of the gamma ray detector and the probability of emission of secondary electrons. This loss is thought to be as high as 95%. Therefore.
10−7の分解能、すなわち、透過形陽電子顕微鏡では
約1013 A/cm2の電流密度を要求する分解能が
望まれる場合、ガンマ線顕微鏡においては2X 10−
+2 A/cm2 rl)電流密度が必要になるであろ
う、そのような電流密度は既存の数多くの低速陽電子源
手段でさらに輝度エンハンスメントを実行する必要なく
利用することができ、これは走査方法に対して二次電子
方法がもつ第1の利点である。一定の分解能に対し、要
求される陽電子ビームの電流密度は走査方法より約10
4分の−になるほど低い。If a resolution of 10-7 is desired, which in a transmission positron microscope requires a current density of about 1013 A/cm2, in a gamma-ray microscope 2X 10-
+2 A/cm2 rl) current densities would be required; such current densities can be utilized in many existing slow positron source means without the need to perform further brightness enhancement, and this This is the first advantage of the secondary electron method. For a given resolution, the required positron beam current density is approximately 10
It's as low as -4 minutes.
本発明の方法の一面によれば、陽電子!lII微鏡法を
実施する方法は、陽電子源流れを発生するために第1の
エネルギー順位を有する陽電子を放出する過程と、第2
のエネルギー順位を有する低速陽電子源手段を発生する
ために陽電子源流れを減速する過程とを含む0本発明に
よれば、第2のエネルギー順位は第1のエネルギー順位
より低い、さらに、本発明の方法は、低速陽電子源手段
を像形成すべき試料ターゲットまで伝搬する過程と、低
速陽電子源手段と試料ターゲットとの連絡に応答して形
成されるイメージビームをイメージングターゲットまで
さらに伝搬する過程とを含む、イメージビームとイメー
ジングターゲットとの連絡に応答して多数の電子雲が発
生される。その後、電子雲は、可視表示を発生する蛍光
体スクリーンに向かってたとえば静電的に加速される。According to one aspect of the method of the invention, positrons! A method of implementing III microscopy includes the steps of emitting positrons having a first energy order to generate a positron source stream;
and slowing down the positron source stream to generate a slow positron source means having an energy order of 0. According to the present invention, the second energy order is lower than the first energy order; The method includes propagating a slow positron source means to a sample target to be imaged, and further propagating an image beam formed in response to communication of the slow positron source means with the sample target to the imaging target. , a large number of electron clouds are generated in response to contact of the image beam with the imaging target. The electron cloud is then accelerated, eg electrostatically, towards a phosphor screen that produces a visible display.
本発明の方法の一実施例においては、加速された電子と
蛍光体スクリーンとの相互作用に応答して蛍光体スクリ
ーンの付近に形成される像が得られる。像は好ましくは
低輝度形のビデオシステムにより得られても良く、対応
するデータに変換された後、メモリに記憶され、続いて
計算システムに提供される。これにより、データは、必
要に応じて記憶データを変更して、収集された像をエン
ハンスした形の像に対応するエンハンスメントデータを
発生する解析アルゴリズムの作用を受けることになる。In one embodiment of the method of the invention, an image is formed in the vicinity of the phosphor screen in response to the interaction of accelerated electrons with the phosphor screen. The images may be obtained by a video system, preferably of low brightness type, and after being converted to corresponding data are stored in a memory and subsequently provided to a computing system. The data is then subjected to an analysis algorithm that modifies the stored data as necessary to generate enhancement data corresponding to an enhanced version of the acquired image.
1つの特定の実施例によれば、像は、低速陽電子ビーム
の陽電子の中で試料ターゲットを透過したものを使用し
て形成される。走査形の陽電子顕微鏡装置の場合、低速
陽電子源手段は試料ターゲットに沿って走査、すなわち
ラスターされ、ビーム位置の関数として信号が記録され
る。According to one particular embodiment, the image is formed using positrons of a slow positron beam that are transmitted through a sample target. In the case of a scanning positron microscope device, the slow positron source means is scanned or rastered along the sample target and the signal is recorded as a function of beam position.
別の実施例においては、像は、陽電子の中で試料ターゲ
ットから反射されたものを使用して形成される。上述の
方法と同様に、低速陽電子源手段を試料ターゲットに沿
って走査することにより像を形成することができ、イメ
ージビームは、走査中、低速陽電子源手段の複数の場所
に対応する場所に試料ターゲットの特徴部に応答する特
性を有する。In another embodiment, the image is formed using positrons reflected from the sample target. Similar to the method described above, an image can be formed by scanning a slow positron source means along a sample target, with the image beam striking the sample at locations corresponding to multiple locations of the slow positron source means during the scan. It has properties that are responsive to features of the target.
本発明のさらに別の実施例においては、発生される情報
は、陽電子消滅の間に発生するガンマ線の角度のずれに
応答する角度相関像に対応する。像は試料ターゲットに
おける電子運動量の分布を表わす、さらに、ある実施例
では、角度相関像はイメージビームに応答して形成され
た像と相関されるように発生される。従って、試料ター
ゲットの多数の特徴部及び特性を相関方式によって像形
成することができる。きわめて有利な実施例においては
、角度相関像を形成する過程と、イメージビームに応答
して像を形成する過程とは、低速陽電子源手段を試料タ
ーゲットに沿って走査する別の過程に応答して実施され
る。In yet another embodiment of the invention, the information generated corresponds to an angular correlation image responsive to the angular shift of gamma rays generated during positron annihilation. The image represents the distribution of electron momentum in the sample target; further, in some embodiments, an angularly correlated image is generated to be correlated with the image formed in response to the image beam. Therefore, a large number of features and properties of the sample target can be imaged in a correlative manner. In a highly advantageous embodiment, the steps of forming the angularly correlated image and forming the image in response to the image beam are in response to another step of scanning the slow positron source means along the sample target. Implemented.
添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を読むことに
より本発明を容易に理解できるようになる。The present invention will be easily understood by reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
第1図は1本発明の原理の一部に従って構成された透過
形陽電子顕微鏡装置lOを示す概略図である。陽電子は
、第1図に詳細に示される減速体装置12から得られる
。すなわち、この減速体装置12は、22NBから形成
される陽電子源14を具備する。ここに図示される特定
の実施例においては22N5L陽電子源は直径が5mm
で、4mClの放射能を有する。M電子源14により発
生される陽電子のエネルギーは、この例では、100K
eVな1/XL500Kl!IV1’ある。陽電子11
14は。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a transmission positron microscope apparatus IO constructed in accordance with a portion of the principles of the present invention. The positrons are obtained from a moderator device 12, which is shown in detail in FIG. That is, this moderator device 12 includes a positron source 14 made of 22NB. In the particular embodiment illustrated here, the 22N5L positron source has a diameter of 5 mm.
and has a radioactivity of 4 mCl. In this example, the energy of the positrons generated by the M electron source 14 is 100 K.
eV 1/XL500Kl! There is IV1'. positron 11
14 is.
空気の流通は阻止するが陽電子を陽電子顕微鏡装置の内
部へ入射させることができるチタン(Ti)窓15に取
付けられる。陽電子顕微鏡装置に入った陽電子は、25
00℃でアニールされた一連のタングステン(W)ベー
ン16に入射する。陽電子源の自己吸収に起因する損失
があるため、発生された陽電子の約4X10−’が2ボ
ルトで再び放出されることになる。It is attached to a titanium (Ti) window 15 that blocks air flow but allows positrons to enter the interior of the positron microscope apparatus. The positron entering the positron microscope device is 25
A series of tungsten (W) vanes 16 are annealed at 00°C. Due to losses due to self-absorption of the positron source, approximately 4×10 −′ of the generated positrons will be emitted again at 2 volts.
陽電子源14からの高エネルギー陽電子は、タングステ
ンベーン16に入射することにより、このベーン16に
おいて熱化し、その結果、低速陽電子が放出される。こ
のような低速陽電子は約10−3の確率で陽電子顕微鏡
装置の内部へ放出される。High-energy positrons from the positron source 14 are incident on the tungsten vane 16 and are thermalized in the vane 16, resulting in the emission of low-velocity positrons. Such low-velocity positrons are emitted into the positron microscope apparatus with a probability of about 10<-3 >.
タングステンベーン16から放射された低速陽電子は、
透過形陽電子顕微鏡装置110の内部を伝搬される陽電
子源ビーム20を形成する。この実施例では、陽電子源
ビームは約7X105陽電子数/秒という速度を有し、
ビーム経路22に沿って伝搬されて、ベンディングマグ
ネット24に達する0図かられかるように、この実施例
のベンディングマグネット24は陽電子源ビーム20を
ビーム経路22とほぼ直交する方向に伝搬するように方
向づけし、ターゲット25に入射させる。The low velocity positrons emitted from the tungsten vane 16 are
A positron source beam 20 is formed which is propagated inside the transmission positron microscope device 110. In this example, the positron source beam has a velocity of approximately 7×105 positrons/sec;
The bending magnet 24 in this embodiment directs the positron source beam 20 to propagate in a direction substantially orthogonal to the beam path 22, as seen in Figure 2. and makes it incident on the target 25.
ただし、陽電子源ビーム20は、屈曲後、ターゲット2
5に到達する前に、陽電子源ビームをターゲットに集束
させる集光レンズ26を通過する。However, after the positron source beam 20 is bent, the target 2
5, it passes through a focusing lens 26 which focuses the positron source beam onto the target.
透過形陽電子!Il微鏡装置lOをこのように特定の形
で適用する場合、ターゲット25はポリ塩化ビニルアセ
テートコポリマー(v。Transmission type positron! In this particular application of the Il microscopic device IO, the target 25 is a polyvinyl chloride acetate copolymer (v.
Y−N、S、)箔である。この箔は800^未満の厚さ
を有し、この目的に使用するために、この場合に適用す
るのに十分な薄さの箔を容易に製造することができると
いう点を考慮して選択されている。Y-N, S,) foil. This foil has a thickness of less than 800^ and was selected for use for this purpose taking into account that a foil thin enough to be applied in this case can be easily manufactured. ing.
本発明のこのような透過形の実施例においては、ターゲ
ット25を透過したそれぞれの陽電子はイメージング情
報を含むターゲットビーム30を形成する。ターゲット
ビームは対物レンズ31と、コントラストアパーチャ3
2と、投射レンズ33とを介して伝搬され、3枚のプレ
ートを有するチャネル電子増倍管アレイ(CEMA)3
5と、この実施例では残光の長いP39蛍光体から成る
蛍光体36とに結像する。In such a transmission embodiment of the invention, each positron transmitted through target 25 forms a target beam 30 containing imaging information. The target beam is transmitted through an objective lens 31 and a contrast aperture 3.
2 and a projection lens 33, the channel electron multiplier array (CEMA) 3 has three plates.
5 and a phosphor 36 made of P39 phosphor with a long afterglow in this embodiment.
チャネル電子増倍管アレイ35と蛍光体36との組合せ
構造はそれぞれの陽電子を直径的2Xl(12cmの光
点に変換する。この光点(図示せず)は、好ましくは低
輝度形のビデオカメラと、イメージプロセッサとの組合
せから形成される画像解析装置37により検出される。The combined structure of channel electron multiplier array 35 and phosphor 36 converts each positron into a 2Xl (12 cm) diameter light spot. This light spot (not shown) is preferably connected to a low brightness type video camera. and an image processor.
動作中、画像解析装置37は事象に対応するデータをメ
モリ(特定して図示せず)の適切な記憶場所に記憶する
。一実施例においては、このメモリは384X384ア
レイの形態をとっていても良い0画像解析装置37で実
行される画像処理の結果、信号の平均化が行われるが、
これは画像をチャネル電子増倍管アレイ35により登録
された信号本象から構成させるものである。この動作は
、電子顕微鏡で通常使用される最低の強さの104分の
−に当る200Hzという低速で起こる。In operation, image analysis device 37 stores data corresponding to events in appropriate storage locations in memory (not specifically shown). In one embodiment, this memory may be in the form of a 384 x 384 array, resulting in signal averaging as a result of image processing performed in image analyzer 37;
This allows the image to be constructed from signal objects registered by the channel electron multiplier array 35. This action occurs at a slow rate of 200 Hz, which is 104 times lower than the lowest intensity normally used in electron microscopes.
第2図は、上述の透過形陽電子顕微鏡装置10を使用し
て得られた画像を示す、前述のように、ターゲット25
は、光学干渉計技術を利用して測定したとして800八
未満にはならないものと推定される厚さを有するV。FIG. 2 shows an image obtained using the above-described transmission positron microscope apparatus 10. As mentioned above, the target 25
V has a thickness estimated to be no less than 800 mm as measured using optical interferometry techniques.
Y、N、S、フィルムである。イメージングプロセスの
間、Zooライン、透過率82%のワイヤメツシュでタ
ーゲット25を支持した。この厚さで、入射ビームの2
0〜50%を透過した。第2図に示される画像は55X
の倍率を表わし、累積するのに4時間の信号平均化を要
した0倍率は、既知のワイヤグリッド間隔250gmか
ら計算された。Y, N, S, film. During the imaging process, the target 25 was supported by a Zoo line, 82% transmittance wire mesh. With this thickness, 2
0-50% was transmitted. The image shown in Figure 2 is 55X
The zero magnification, which represents a magnification of 0 and required 4 hours of signal averaging to accumulate, was calculated from a known wire grid spacing of 250 gm.
第3図は、第2図に画像が示されているグリッドワイヤ
の中の1本のヒストグラムであり、画像形成中に累積さ
れたこの図に示すデータに対するガウス関数の最小2乗
当てはめに対応している。グリッドワイヤ全体のプロフ
ァイルを表示するためにカウントのゼロ数を調整し、ワ
イヤのエツジをガウス関数に当てはめることにより、理
論と一致する測定分解能を得た。Figure 3 is a histogram of one of the grid wires whose image is shown in Figure 2 and corresponds to a least squares fit of a Gaussian function to the data shown in this figure accumulated during image formation. ing. By adjusting the number of zeros in the counts to display the entire gridwire profile and fitting the wire edges to a Gaussian function, we obtained a measurement resolution consistent with theory.
第4図は、本発明の原理に従って構成された反射陽電子
再放出形顕微鏡装置50を示す概略図である0図示する
ように、再放出陽電子顕微鏡装置50は、この実施例で
も第1図に関して先に説明した減速体装置!12と同様
に低速陽電子源ビーム53を供給する陽電子減速体52
を具備する。低速陽電子源ビーム53は、はぼターゲッ
ト55に向かって陽電子源ビーム軸54に沿って伝搬す
るほぼ平行入射のビームである。ただし、陽電子源ビー
ム軸は、低速陽電子源ビーム53がビーム経路57の内
部で伝搬している間のみまっすぐである。低速陽電子源
ビーム53がターゲット55の付近に接近すると、伝搬
軸はターゲット55と対物レンズ59との間に存在する
加速電界に応答して屈曲する。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a reflection positron re-emission microscope apparatus 50 constructed in accordance with the principles of the present invention. As shown in FIG. Reducer device explained in! 12, a positron moderator 52 supplies a low-velocity positron source beam 53.
Equipped with. The slow positron source beam 53 is a beam of approximately parallel incidence that propagates along the positron source beam axis 54 toward the target 55 . However, the positron source beam axis is straight only while the slow positron source beam 53 is propagating within the beam path 57. As the slow positron source beam 53 approaches the vicinity of the target 55, the propagation axis bends in response to the accelerating electric field present between the target 55 and the objective lens 59.
第5図は、低速陽電子源ビーム53がターゲット55と
対物レンズ59との間の電界に接近したときのビームの
屈曲を示す概略図である。屈曲の結果、焦点距離はmw
Oレンズの1′から1に有効に短縮される。さらに、低
速陽電子源ビームのターゲットに対する入射角は、この
図ではθXからθFに変化するように示されている。従
って、電界は焦点位置に大きく影響し、低速陽電子源ビ
ーム53中の粒子をターゲットに接近するにつれて放物
線経路に沿わせるものと考えられる。FIG. 5 is a schematic diagram showing the bending of the slow positron source beam 53 as it approaches the electric field between the target 55 and the objective lens 59. As a result of bending, the focal length is mw
This is effectively shortened from 1' of the O lens to 1. Additionally, the angle of incidence of the slow positron source beam on the target is shown varying from θX to θF in this figure. Therefore, it is believed that the electric field greatly influences the focal point position and forces the particles in the slow positron source beam 53 to follow a parabolic path as they approach the target.
再び第4図に戻って説明すると、低速陽電子源ビーム5
3のターゲットへの入射によってターゲットで熱化し、
ターゲット55から再び放出された陽電子から形成され
る陽電子ターゲットビーム61は電界により加速された
後、対物レンズ59と、コントラストアパーチャ62と
、中間レンズ63と、投射レンズ64とを通って伝搬さ
れて、チャネル電子増倍管アレイ65に達する。このア
レイは蛍光体スクリーン66上に表示を形成する0画像
のデータ収集及び解、析のために、第1図に関して先に
説明した画像解析装置37と同様のビデオ及び処理装置
を採用しても良いことは言うまでもない。Returning to FIG. 4 again, the slow positron source beam 5
It is heated by the target by the incidence on the target of 3,
A positron target beam 61 formed from positrons emitted again from the target 55 is accelerated by an electric field, and then propagated through an objective lens 59, a contrast aperture 62, an intermediate lens 63, and a projection lens 64. The channel electron multiplier array 65 is reached. This array may employ video and processing equipment similar to the image analysis equipment 37 described above with respect to FIG. Needless to say, it's a good thing.
第6図は、二重ガンマ線一致(即発消
滅)、三重ガンマ線一致(ポジトロニウム形成)及び運
動量分布(角度解析をさらに含む二重ガンマ線一致)の
空間画像の形成に有利な陽電子ガンマ線顕微鏡70を示
す概略図である0図示されるように、陽電子ガンマ線顕
微鏡70は、はぼ平行なビーム72を発生する低速陽電
子発生、集束、搬送装置71を具備する。このビームは
入力レンズ73を通って伝搬され、偏向ブロックアパー
チャア5を通過して加速偏向ブロック76に入射するよ
うに集光レンズ74により集束される。ヒーム72は加
速偏向ブロック76の内部にある間にたとえば電界によ
り変更されて、下向き凹形の放物線経路に従って進み、
ターゲット81に到達する。加速偏向ブロック76及び
このブロックとターゲット80との間の電界の幾何学的
配置関係は、ビームがターゲット80に達したときにほ
ぼ合焦状態となるように設定される。FIG. 6 schematically shows a positron gamma microscope 70 advantageous for forming spatial images of double gamma ray coincidences (prompt annihilation), triple gamma ray coincidences (positronium formation) and momentum distributions (double gamma ray coincidences further including angular analysis). As shown in Figure 0, a positron gamma microscope 70 includes a slow positron generation, focusing, and transport device 71 that generates a nearly parallel beam 72. This beam is propagated through an input lens 73 and focused by a condenser lens 74 so as to pass through a deflection block aperture 5 and enter an accelerating deflection block 76 . The beam 72 is modified, for example by an electric field, while inside the acceleration deflection block 76 to follow a downwardly concave parabolic path;
Reach target 81. The acceleration deflection block 76 and the electric field geometry between the block and the target 80 are set so that the beam is substantially in focus when it reaches the target 80.
陽電子ビームがターゲット80に衝突して放出される二
次電子は加速偏向ブロック76により二次電子ビーム8
2として加速される。二次電子ビーム82は対物レンズ
83に向かって伝搬され、このレンズにより集束される
。集束された二次電子ビーム82の電子は、二次電子ビ
ーム82の広がり角度を制限することにより分解能を向
上させるコントラストアパーチャ84を通過する。二次
電子ビームは、投射レンズ85の直前で拡大画像が形成
されるまで伝搬し続ける。投射レンズは画像を集束し、
チャネル電子増倍管アレイ(CEMA)87に最終拡大
画像が形成されるまでさらに画像を拡大する。チャネル
電子増倍管アレイは入射電子ごとに小さな点として位置
決めされる多数の電子を発生し、それらの電子は抵抗陽
極エンコーダ(RAE)88に入射する。The secondary electrons emitted when the positron beam collides with the target 80 are converted into secondary electron beams 8 by the acceleration/deflection block 76.
It is accelerated as 2. The secondary electron beam 82 is propagated towards an objective lens 83 and focused by this lens. The electrons of the focused secondary electron beam 82 pass through a contrast aperture 84 which improves resolution by limiting the spread angle of the secondary electron beam 82. The secondary electron beam continues to propagate until an enlarged image is formed just before the projection lens 85. The projection lens focuses the image,
The image is further enlarged until a final enlarged image is formed on a channel electron multiplier array (CEMA) 87. The channel electron multiplier array generates a large number of electrons that are positioned as small dots for each incident electron, and the electrons are incident on a resistive anode encoder (RAE) 88 .
抵抗陽極エンコーダは、位置解析とタイミング情報を同
時に得るのに適する信号を発生することができるいくつ
かの装置の中の1つである。それらの信号はx、y読取
り信号の形態をとっても良く、陽電子ガンマ線顕微鏡7
0の真空の中を信号線90を介して伝送される。x、y
読取り信号は、陽電子ガンマ線Jil微鏡から取出され
た後、IK?述するように、位置解析とタイミング情報
に適する信号に分割される。Resistive anode encoders are one of several devices that can generate signals suitable for simultaneously obtaining position analysis and timing information. These signals may take the form of x,y read signals and are
The signal is transmitted through the signal line 90 in a vacuum of zero. x, y
After the read signal is extracted from the positron gamma ray Jil microscope, the IK? As described, the signal is divided into signals suitable for position analysis and timing information.
ここで、ターゲット80に衝突した陽電子について説明
すると、陽電子はガンマ線となって消滅し、そのガンマ
線はガンマ線検出器92により検出される。ガンマ線検
出器は、図示されるように、消滅を検出するために2つ
あっても良いが、ポジトロニウムの形成を検出するため
に3つあっても良い、ガンマ線検出器を3つ設ける実施
例においては、検出器は互いにほぼ同一平面上にあるよ
うに配置される。第7図に関して後に説明するように、
そのようなガンマ線検出器は、特に運動量解析を実行す
ることが望まれる場合には、それぞれガンマ線検出器の
アレイであっても良い。Here, explaining the positrons that collided with the target 80, the positrons become gamma rays and disappear, and the gamma rays are detected by the gamma ray detector 92. There may be two gamma ray detectors as shown to detect annihilation, but there may be three gamma ray detectors to detect positronium formation, in an embodiment with three gamma ray detectors. In this case, the detectors are arranged so that they are approximately coplanar with each other. As explained later with respect to FIG.
Such gamma ray detectors may each be an array of gamma ray detectors, especially if it is desired to perform momentum analysis.
第6図では、x、y読取り信号は位置解析に適する位置
信号93と、タイミング情報を提供するタイミング信号
94とに分割される0位置値号93はx、y位置解析シ
ステム100へ送られ、タイミング信号94は時間一致
ユニツ)101へ送られる。ガンマ線検出器92が発生
した信号は、市販の電子回路を使用して空間的一致及び
エネルギー必要量を測定するガンマ線一致ユニット10
2へ送られる。この実施例においては、ガンで線−致ユ
ニツ)102の出力は時間一致ユニット101の一方の
入力端子へ送られ、そこで、抵抗陽極エンコーダ88か
らのタイミング信号94との時間一致の有無が判定され
る。In FIG. 6, the x,y read signal is split into a position signal 93 suitable for position analysis and a timing signal 94 providing timing information.0 position value 93 is sent to an x,y position analysis system 100; Timing signal 94 is sent to time matching unit 101. The signals generated by gamma ray detector 92 are transmitted to gamma ray matching unit 10 which uses commercially available electronics to measure spatial matching and energy requirements.
Sent to 2. In this embodiment, the output of the gun line matching unit 102 is sent to one input terminal of the time matching unit 101 where it is determined whether there is a time match with the timing signal 94 from the resistive anode encoder 88. Ru.
一致があった場合1時間−致ユニット101の出力信号
は1時間に関してガンマ線一致ユニット102とほぼ一
致するように位置信号93を解析していたx、y位置解
析システム100の処理速度に対して時間的な位置を調
整するために1時間遅延装置104に供給される0時間
遅延装置104の出力信号は、事象をコンピュータの画
像処理メモリ及び表示部105へ伝送開始するように、
x、y位置解析システム100の時間ゲート(図示せず
)に供給され、事象はこのメモリ及び表示11&l 0
5に記憶される。If there is a match, the output signal of the matching unit 101 approximately matches the gamma ray matching unit 102 for 1 hour with respect to the processing speed of the x, y position analysis system 100 that was analyzing the position signal 93. The output signal of the 0 time delay device 104 is supplied to the 1 time delay device 104 to adjust the position of the 0 time delay device 104 to begin transmitting the event to the image processing memory and display section 105 of the computer.
The events are fed into a time gate (not shown) of the x,y position analysis system 100 and are stored in this memory and display 11&l0
5 is stored.
第7図は、運動量分布解析電子システム120の特定の
一実施例を示す機能ブロック及び線接続図である0図示
されるように、運動量分布解析電子システム120は、
陽電子121が電子と共に消滅して、一対の同時発生ガ
ンマ線としてガンマ線123及びガンマ線124を形成
したときに動作する。各ガンマ線は約511KeVのエ
ネルギーを有するが、電子運動量により180″′から
小さな角度θだけずれている。ガンマ線は、この実施例
では一対のガンマ線検出器の7レイ125及び126の
それぞれ関連するものに入射する。従って、ガンマ線検
出器アレイ125は、ガンマ線124に反応するガンマ
線検出器126とは別個にガンマ線123に反応する0
図示されるように、それぞれのガンマ線検出器アレイは
互いに所定の位置関係を有する複数の独立した検出器か
ら形成される。この特定の実施例はでは、各ガンマ線検
出器アレイは6つの独立した検出器を含むものとして示
されている。FIG. 7 is a functional block and line connection diagram illustrating one particular embodiment of the momentum distribution analysis electronic system 120. As shown in FIG.
It operates when the positron 121 annihilates with the electron to form a pair of simultaneous gamma rays, gamma rays 123 and gamma rays 124. Each gamma ray has an energy of approximately 511 KeV, but is offset by a small angle θ from 180'' due to electron momentum. Therefore, the gamma ray detector array 125 has a gamma ray detector array 125 that responds to gamma rays 123 separately from the gamma ray detector 126 that responds to gamma rays 124.
As shown, each gamma ray detector array is formed from a plurality of independent detectors having a predetermined positional relationship to each other. In this particular embodiment, each gamma ray detector array is shown as including six independent detectors.
ガンマ線検出器アレイ125及び126は、それぞれ、
検出器システム130及び131に信号を供給するよう
に結合される。Gamma ray detector arrays 125 and 126 each include:
Detector systems 130 and 131 are coupled to provide signals.
これらの検出器システムは、検出器アレイの中の個々の
検出器のどれがガンマ線を検出したかを判定すると共に
、ガンマ線のエネルギーを測定する。These detector systems determine which individual detectors in the detector array detect gamma rays and measure the energy of the gamma rays.
エネルギーが十分である場合、検出器システム130及
び131からのタイミング信号は時間一致二二ツ)13
2へ送られるが、そこでは、抵抗陽極エンコーダ(第7
図には図示せず)からのタイミング信号がタイミング信
号[133を介して待機している。その間に、ガンマ線
を検出したアレイの中の検出器の数に対応する検出器シ
ステム130及び検出器システム131からの信号は、
所定の相対検出器位置を利用して角偏差を測定する角度
測定ユニット140へ送られる。If the energy is sufficient, the timing signals from the detector systems 130 and 131 will be aligned in time.
2, where the resistive anode encoder (7th
A timing signal from (not shown in the figure) is awaited via timing signal [133]. Meanwhile, the signals from detector system 130 and detector system 131 corresponding to the number of detectors in the array that detected gamma rays are
It is sent to an angle measurement unit 140 which measures the angular deviation using a predetermined relative detector position.
三重の時間一致が起こった場合は、時間−致ユニツ)1
32はゲート入力端子に信号を送り、角度測定ユニ、)
140からx、yメモリマップユニツ)143へ角度測
定値が伝送される。角度測定値に関するx、y測定ユニ
ット145により計算される。このx、y測定ユニット
145は、x、yメモリマツプユニy)143が角度測
定値を受取るのとほぼ同時に、x、y位置性号をx、y
メモリマツプユニット143へ送る。十分なデータが累
積されると、運動量アルゴリズム146はx、yメモリ
マツプユニツ)143の角度情報から電子運動量を求め
、その結果得られた値をx、y運動量メモリマツプ14
7に記憶する。x、vMth量メモリマツプ147は応
答する表示をビデオモニター148に発生させる。If a triple time match occurs, the time-match unit) 1
32 sends a signal to the gate input terminal, angle measurement unit,)
The angle measurements are transmitted from 140 to x,y memory map unit 143. The angle measurements are calculated by the x,y measurement unit 145. This x,y measuring unit 145 measures the x,y positional signals at approximately the same time that the x,y memory map unit 143 receives the angle measurements.
The data is sent to the memory map unit 143. Once sufficient data has been accumulated, the momentum algorithm 146 calculates the electron momentum from the angular information in the x, y memory map unit 143 and stores the resulting value in the x, y momentum memory map 14.
Memorize to 7. x, vMth quantity memory map 147 generates a responsive display on video monitor 148.
特定の実施例及び適用例の形で本発明を説明したが、当
業者であれば、この教示に基づき、特許請求の範囲に記
載される本発明の範囲を越えたり、その趣旨から逸脱す
ることなく、付加的実施例を構成することができる。Although the present invention has been described in terms of specific embodiments and applications, those skilled in the art will recognize, based on this teaching, that there is no way to go beyond the scope or spirit of the invention as set forth in the claims. Instead, additional embodiments can be constructed.
従って、この明細書の図面及び説明は本発明の理解を容
易にするために提示されたものであり、本発明の範囲を
限定すると解釈されてはならないことを了解すべきであ
る。Accordingly, it should be understood that the drawings and descriptions in this specification are presented to facilitate understanding of the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention.
NS1図は、透過形陽電子s’e鏡装置の概略図。
第2図は、第1図の陽電子顕微鏡装置を使用して得られ
たV、 Y、 N、 Sフィルムの粒子構造の図面にか
わる陽電子顕微鏡写真、
第3図は、ガウス関数の最小2乗当てはめを利用して得
られる第2図のグリッドワイヤの画像のヒストラム、
第4図は1本発明の原理を採用した反射陽電子再放出形
顕微鏡装置の概略図。
第5図は、低速陽電子源ビームがターゲットと対物レン
ズとの間の電界を通過するときのビームの屈曲を示す反
射陽電子再放出形顕微鏡の概略図。
第6図は、二重ガンマ線一致(即発消
滅)、三重ガンマ線一致(ポジトロニウム形!&)及び
運動量分布(角度解析をさらに含む二重ガンマ線一致)
の空間画像の形成に有用な陽電子ガンマ線顕微鏡の概略
図、及び第7図は、運動量分布解析エレクトロニクスの
機能ブロック及び線接続図である。
(主要部分の符号の説明〉
lO・・・透過形陽電子顕微鏡装置、12・・・減速体
装置、14・・・陽電子源、15・・・チタン窓、16
・・・タングステンベーン、20・・・陽電子源ビーム
、24・・・ベンディングマグネット、25・・・ター
ゲット、26・・・集光レンズ、30・・・ターゲット
ビーム、31・・・対物レンズ。
32・・・コントラストアパーチャ、33・・・投射レ
ンズ、35・・・チャネル電子増倍管アレイ、36・・
・蛍光体、37・・・画像解析装置、50・・・反射陽
電子再放出形顕微鏡装置、52・・・陽電子減速体、5
3・・・低速陽電子源ビーム、55・・・ターゲット、
59・・・対物レンズ、61・・・陽電子ターゲットビ
ーム、62・・・コントラストアパーチャ、64・・・
投射レンズ、65・・・チャネル電子増倍管アレイ、6
6・・・蛍光体スクリーン、70・・・陽電子ガンマ線
顕微鏡、71・・・低速陽電子発生、集束、搬送装置、
72・・・陽電子ビーム、73・・・入力レンズ、74
・・・集光レンズ、75・・・偏向ブロックアパーチャ
、76・・・加速偏向ブロック、80・・・ターゲット
82・・・二次電子ビーム、83・・・対物レンズ、8
4・・・コントラストアパーチャ、85・・・投射レン
ズ、87・・・チャネル電子増倍管アレイ。
8B・・・抵抗陽極エンコーダ、92・・・ガンマ線検
出器、100・・・x、y位置解析システム。
101・・・時間−fiユニツ)、102・・・ガンマ
線一致ユニット、104・・・時間遅延装置。
105・・・画像処置メモリ及び表示部、120・・・
運動量分布解析電子システム、
123.124・・・ガンマ線、125.126・・・
ガンマ線検出器アレイ、130.131・・・検出器シ
ステム、132・・・時間一致ユニット140・・・角
度測定ユニット、143・・・x、yメモリマツプユニ
ット、145・・・x、ym定ユニッ)、14B・・・
運動量アルゴリズム。
147・・・x、y運動量メモリマツプ、148・・・
ビデオモニター
図面の浄書(内容に変更なし)
て′82 図
位置(μM)
第
図
第
図
手
続
補
正
書
平成
1年
6月Diagram NS1 is a schematic diagram of a transmission type positron s'e mirror device. Figure 2 is a positron micrograph of the grain structure of the V, Y, N, and S films obtained using the positron microscope device in Figure 1, and Figure 3 is a least squares fitting of a Gaussian function. FIG. 2 is a histogram of the image of the grid wire obtained using the method of the present invention. FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of a reflection positron re-emission microscope showing the bending of the slow positron source beam as it passes through the electric field between the target and the objective lens. Figure 6 shows double gamma-ray coincidence (prompt annihilation), triple gamma-ray coincidence (positronium form!&) and momentum distribution (double gamma-ray coincidence further including angular analysis)
A schematic diagram of a positron gamma ray microscope useful for forming spatial images of , and FIG. 7 is a functional block and line connection diagram of momentum distribution analysis electronics. (Explanation of symbols of main parts) IO... Transmission positron microscope device, 12... Moderator device, 14... Positron source, 15... Titanium window, 16
Tungsten vane, 20 Positron source beam, 24 Bending magnet, 25 Target, 26 Condensing lens, 30 Target beam, 31 Objective lens. 32... Contrast aperture, 33... Projection lens, 35... Channel electron multiplier tube array, 36...
- Fluorescent substance, 37... Image analysis device, 50... Reflection positron re-emission microscope device, 52... Positron moderator, 5
3...Slow positron source beam, 55...Target,
59... Objective lens, 61... Positron target beam, 62... Contrast aperture, 64...
Projection lens, 65... Channel electron multiplier array, 6
6... Phosphor screen, 70... Positron gamma ray microscope, 71... Low-speed positron generation, focusing, transport device,
72... Positron beam, 73... Input lens, 74
... Condenser lens, 75 ... Deflection block aperture, 76 ... Acceleration deflection block, 80 ... Target 82 ... Secondary electron beam, 83 ... Objective lens, 8
4... Contrast aperture, 85... Projection lens, 87... Channel electron multiplier tube array. 8B... Resistance anode encoder, 92... Gamma ray detector, 100... x, y position analysis system. 101... time-fi units), 102... gamma ray coincidence unit, 104... time delay device. 105... Image processing memory and display unit, 120...
Momentum distribution analysis electronic system, 123.124... Gamma ray, 125.126...
Gamma ray detector array, 130.131...Detector system, 132...Time coincidence unit 140...Angle measurement unit, 143...x, y memory map unit, 145...x, ym constant unit ), 14B...
Momentum algorithm. 147...x,y momentum memory map, 148...
Engraving of the video monitor drawing (no changes to the content) Te'82 Figure position (μM) Figure procedure amendment June 1999
Claims (1)
置において、陽電子顕微鏡装置 は、 低エネルギー陽電子から形成される陽 電子源ビームを発生する低速陽電子源手段 と、 前記陽電子源ビームを集束し、前記陽電 子源ビームの前記低エネルギー陽電子を試 料ターゲットへ導く集束手段と; 試料ターゲットからの低エネルギー粒子 から形成されるターゲットビームに応答し て画像を形成する単一の粒子像エンハンス メント手段とからなる装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記ターゲットビームを 前記単一の粒子像エンハンスメント手段に 集束するプロジェクタ手段がさらに設けら れている装置。 3、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記単一の粒子像エンハ ンスメント手段は、 前記ターゲットビームを受取り、この衝 突する前記ターゲットビーム中のそれぞれ の粒子に応答して粒子ごとに多数の電子を 放出するターゲットプレート手段と; 前記ターゲットプレート手段により放出 される前記多数の電子と互いに作用して、 各電子に対応する多数の光子を発生する蛍 光体手段とからなる装置。 4、特許請求の範囲第3項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記蛍光体手段をほぼ平 面的な構成で且つ前記ターゲットプレート 手段とほぼ平行に支持する表示プレート手 段がさらに設けられている装置。 5、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記低速陽電子源手段は 低エネルギー陽電子を発生する陽電子減速 体手段を具備する装置。 6、特許請求の範囲第5項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記陽電子減速体手段 は、高エネルギー陽電子を受取り、それに 応答して前記陽電子源ビームを発生する熱 化手段を具備する装置。 7、特許請求の範囲第6項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記熱化手段はWから形 成され、前記陽電子減速体手段は、 高エネルギー陽電子を発生する高エネル ギー陽電子源と、 前記高エネルギー陽電子源と前記熱化手 段との間に配置され、前記高エネルギー陽 電子源を前記熱化手段の近傍に支持する窓 手段と; をさらに具備する装置。 8、特許請求の範囲第7項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記高エネルギー陽電子 源は^2^2Naから形成され、前記窓手段はTiから
形成されることにより、前記高エ ネルギー陽電子源により放出された高エネ ルギー陽電子は前記窓手段を通って伝搬し て、前記熱化手段を連通している装置。 9、特許請求の範囲第7項記載の陽電子顕微鏡装置にお
いて、前記熱化手段は複数枚の ベーンとして構成される装置。 10、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置に
おいて、前記陽電子源ビームを屈 曲させる陽電子源ビーム屈曲手段がさらに 設けられている装置。 11、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置に
おいて、前記ターゲットビームを 集束する対物レンズ手段がさらに設けられ ている装置。 12、特許請求の範囲第11項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記ターゲットビーム に対するアパーチャの寸法を制御するアパ ーチャ手段がさらに設けられている装置。 13、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置に
おいて、前記低速陽電子源手段及 び前記単一の粒子像エンハンスメント手段 は互いに試料ターゲットの反対側の位置に ある装置。 14、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置に
おいて、試料ターゲットから前記 低速陽電子源手段にほぼ向かう方向に戻さ れる陽電子を受取るように配置される別の 単一の粒子像エンハンスメント手段がさら に設けられている装置。 15、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置に
おいて、前記ターゲットビームを 形成する前記粒子は陽電子である装置。 18、特許請求の範囲第1項記載の陽電子顕微鏡装置に
おいて、前記ターゲットビームを 形成する前記粒子は電子である装置。 17、試料ターゲットの拡大像を形成する陽電子顕微鏡
装置において、陽電子顕微鏡装置 は、 低エネルギー陽電子から形成される陽電 子源ビームを発生する低速陽電子源手段 と; 前記陽電子源ビームを集束し、前記陽電 子源ビームの前記低エネルギー陽電子を試 料ターゲットへ導く集束手段と; 標本ターゲットにより前記低速陽電子源 手段にほぼ向かう方向に放出される粒子か ら形成される再放出ビームに応答して画像 を形成する単一の粒子像エンハンスメント 手段と;を具備する装置。 18、特許請求の範囲第17項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記再放出ビームを集 束する対物レンズ手段がさらに設けられて いる装置。 19、特許請求の範囲第18項記載の陽電子顕微鏡装置
において、試料ターゲットと前記 対物レンズ手段との間に配置されて、前記 再放出ビーム中の前記粒子を加速する加速 器手段がさらに設けられている装置。 20、特許請求の範囲第18項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記ターゲットビーム に対するアパーチャの寸法を制御するコン トラストアパーチャ手段がさらに設けられ ている装置。 21、特許請求の範囲第18項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記再放出ビームを集 束レ且つ拡大するレンズ手段がさらに設け られている装置。 22、特許請求の範囲第17項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記単一の粒子像エン ハンスメント手段は、 前記ターゲットビームを受取り、この衝 突する前記再放出ビーム中のそれぞれの粒 子に応答して粒子ごとに多数の電子を放出 するターゲットプレート手段と; 前記ターゲットプレート手段により放出 された前記多数の電子と互いに作用して、 各電子に対応する多数の光子を発生する蛍 光体手段と; を具備する装置。 23、特許請求の範囲第22項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記蛍光体手段をほぼ 平面的な構成で且つ前記ターゲットプレー ト手段とほぼ平行に支持する表示プレート 手段がさらに設けられる。 24、特許請求の範囲第17項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記低速陽電子源手段 は低エネルギー陽電子を発生する陽電子減 速体手段を具備する装置。 25、特許請求の範囲第17項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記ターゲットビーム を形成する前記粒子は陽電子である装置。 28、特許請求の範囲第17項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記ターゲットビーム を形成する前記粒子は電子である装置。 27、陽電子源流れを発生するために第1のエネルギー
準位を有する陽電子を放出する過 程と; 前記第1のエネルギー準位より低い第2 のエネルギーレベルを有する低速陽電子ビ ームを発生するために前記陽電子源流れを 減速する過程と; 像を形成すべき試料ターゲットに向かっ て前記低速陽電子ビームを伝播する過程 と; 前記低速陽電子ビームと前記標本ター ゲットとの連絡に応答して、前記標本ター ゲットからの陽電子から形成されるイメー ジビームをイメージングターゲットに向 かって伝搬する過程と; 前記イメージビームと前記イメージング ターゲットとの連絡に応答して多数の電子 雲を発生する過程と; 前記電子雲を蛍光体スクリーンに向かっ て加速する過程と; から成る顕微鏡法。 28、特許請求の範囲第27項記載の方法において、前
記蛍光体スクリーンの近傍に形成 される像を収集する過程がさらに設けられ ている方法。 29、特許請求の範囲第28項記載の方法において、前
記獲得した像に対応してデータを メモリに記憶する過程がさらに設けられて いる方法。 30、特許請求の範囲第29項記載の方法において、前
記記憶されたデータを計算システ ムに提供する過程がさらに設けられ、前記 計算システム内で、前記データは、前記収 集された像をエンハンスした状態の像に相 当するエンハンスメントデータを発生する ために前記記憶されたデータを変更する解 析アルゴリズムの作用を受けている方法。 31、特許請求の範囲第27項記載の方法において、前
記低速陽電子ビームを前記試料タ ーゲットに沿って走査する過程がさらに設 けられ、前記イメージビームは前記走査中 の前記低速陽電子ビームの走査場所に対応 する場所の前記試料ターゲット内の特徴に 応答する特性を有する方法。 32、特許請求の範囲第27項記載の方法において、ガ
ンマ線発生の角度に応答して角度 シフトに対応する角度相関画像を形成する 過程がさらに設けられている方法。 33、特許請求の範囲第32項記載の方法において、前
記角度相関画像は前記試料ター ゲットにおける電子運動量分布に応答して いる方法。 34、特許請求の範囲第33項記載の方法において、前
記角度相関画像を形成する過程 は前記イメージビームに応答して形成され る画像と相関するように実行されている方 法。 35、特許請求の範囲第34項記載の方法において、前
記角度相関画像を形成する過程及 び前記イメージビームに応答して形成され る前記画像の形成は、前記低速陽電子ビー ムを前記試料ターゲットに沿って走査する 過程に応答して実行される方法。 36、特許請求の範囲第27項記載の方法において、前
記低速陽電子ビームはスピン偏極 されている方法。 37、特許請求の範囲第27項記載の方法において、前
記イメージビームは前記試料ター ゲットから反射される陽電子から形成され ている方法。 38、低速陽電子ビームを発生する過程と;前記低速陽
電子ビームを試料ターゲット に向かって伝搬する過程と; 前記低速陽電子ビームと前記試料ター ゲットとの連絡に応答して発生される少な くとも1つのガンマ線をガンマ線監視する 過程と;から成る顕微鏡法。 39、特許請求の範囲第38項記載の方法において、前
記ガンマ線監視する過程は、 前記低速陽電子ビームと前記試料ター ゲットとの連絡に応答して発生される第1 のガンマ線を第1のガンマ線検出器で1回 目の監視を行なう過程と; 前記低速陽電子ビームと前記試料ター ゲットとの連絡に応答して発生される第2 のガンマ線を第2のガンマ線検出器で2回 目の監視を行なう過程と; をさらに含む方法。 40、特許請求の範囲第39項記載の方法において、電
子運動量パラメータ値を得るため に前記第1のガンマ線と前記第2のガンマ 線との角度を測定する過程がさらに設けら れている方法。 41、特許請求の範囲第39項記載の方法において、バ
ックグラウンドノイズの排除を可 能にするために前記1回目の監視を行なう 過程及び前記2回目の監視を行なう過程の タイミングを規定する過程がさらに設けら れている方法。 42、特許請求の範囲第39項記載の方法において、前
記監視を行なう過程は、ポジトロ ニウムの形成を検出するために、前記低速 陽電子ビームと前記試料ターゲットとの連 絡に応答して発生される第3のガンマ線を 第3のガンマ線検出器で3回目の監視を行 なう過程をさらに含む方法。 43、特許請求の範囲第42項記載の方法において、前
記監視を行なう過程は、前記第 1、第2及び第3のガンマ線が同時に発生 されたことを判定するために前記1回目の 監視を行なう過程、2回目の監視を行なう 過程及び3回目の監視を行なう過程のタイ ミングを規定する過程を含む。 44、特許請求の範囲第38項記載の方法において、前
記低速陽電子ビームの空間的位置 を測定する過程がさらに設けられている方 法。 45、特許請求の範囲第44項記載の方法において、前
記空間的位置はビーム偏向板デー タに応答して測定されている方法。 46、試料ターゲットの拡大像を形成する陽電子顕微鏡
装置において、陽電子顕微鏡装置 は、 低エネルギー陽電子から形成される陽電 子源ビームを発生する低速陽電子源手段 と; 前記陽電子から成る陽電子源ビームを集 束し、前記陽電子源ビームの前記低エネル ギー陽電子を試料ターゲット上へ導く第1 の集束手段と; 前記陽電子から成る陽電子源ビームが試 料ターゲットに入射するのに応答して発生 される二次電子から形成される二次電子の ビームを集束する第2の集束手段と; 前記二次電子のビームに応答してイメー ジ信号を発生するイメージング手段と; を具備する装置。 47、特許請求の範囲第46項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記イメージング手段 は、前記二次電子に応答してほぼ可視の信 号を発生する単一の粒子像エンハンスメン ト構成を具備する装置。 48、特許請求の範囲第47項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記単一の粒子像エン ハンスメント構成は前記二次電子がそれぞ れ入射するたびに多数の電子を発生するチ ャネル電子像倍管アレイを具備する。 49、特許請求の範囲第46項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記イメージング手段 は前記二次電子に応答して位置信号を発生 する位置検出器手段を具備する装置。 50、特許請求の範囲第46項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記イメージング手段 は前記二次電子に応答してタイミング信号 を発生するタイミング手段を具備する装 置。 51、特許請求の範囲第46項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記陽電子が試料ター ゲットに入射するのに応答した少なくとも 1つのガンマ線の発生を検出するガンマ線 検出器手段をさらに具備する装置。 52、特許請求の範囲第46項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記ガンマ線検出器手 段は互いに関して所定の位置関係で配置さ れる複数のガンマ線検出器から形成される ガンマ線検出器アレイを具備する。 53、特許請求の範囲第52項記載の陽電子顕微鏡装置
において、前記陽電子が試料ター ゲットに入射するのに応答して発生される 同時ガンマ線の角度偏差を測定するガンマ 線角度偏差解析手段がさらに含む装置。[Claims] 1. A positron microscope device for forming an enlarged image of a sample target, the positron microscope device comprising: a low-speed positron source means for generating a positron source beam formed from low-energy positrons; a focusing means for focusing and directing the low energy positrons of the positron source beam to a sample target; a single particle image enhancement means for forming an image in response to the target beam formed from low energy particles from the sample target; A device consisting of 2. A positron microscope apparatus according to claim 1, further comprising projector means for focusing the target beam onto the single particle image enhancement means. 3. The positron microscope apparatus according to claim 1, wherein the single particle image enhancement means receives the target beam and, in response to each particle in the colliding target beam, performs image enhancement on a particle-by-particle basis. An apparatus comprising: target plate means for emitting a large number of electrons; and phosphor means for interacting with the large number of electrons emitted by the target plate means to generate a large number of photons corresponding to each electron. 4. The positron microscope apparatus according to claim 3, further comprising display plate means for supporting the phosphor means in a substantially planar configuration and substantially parallel to the target plate means. 5. The positron microscope apparatus according to claim 1, wherein the low-speed positron source means includes positron moderator means for generating low-energy positrons. 6. A positron microscope apparatus according to claim 5, wherein the positron moderator means receives high-energy positrons and includes thermalization means for generating the positron source beam in response. 7. In the positron microscope apparatus according to claim 6, the thermalization means is made of W, and the positron moderator means includes: a high-energy positron source that generates high-energy positrons; and the high-energy positron source. and window means disposed between the thermalization means and the high energy positron source supporting the high energy positron source in close proximity to the thermalization means. 8. In the positron microscope apparatus according to claim 7, the high-energy positron source is made of ^2^2Na, and the window means is made of Ti, so that the high-energy positron source emits The high energy positrons transmitted through the window means communicate with the thermalization means. 9. The positron microscope apparatus according to claim 7, wherein the thermalization means is configured as a plurality of vanes. 10. The positron microscope apparatus according to claim 1, further comprising a positron source beam bending means for bending the positron source beam. 11. The positron microscope apparatus according to claim 1, further comprising objective lens means for focusing the target beam. 12. The positron microscope apparatus according to claim 11, further comprising aperture means for controlling the size of the aperture for the target beam. 13. A positron microscope apparatus according to claim 1, wherein the slow positron source means and the single particle image enhancement means are located on opposite sides of a sample target. 14. The positron microscope apparatus according to claim 1, further comprising another single particle image enhancement means arranged to receive positrons returned from the sample target in a direction generally toward the slow positron source means. Equipment provided. 15. The positron microscope apparatus according to claim 1, wherein the particles forming the target beam are positrons. 18. The positron microscope apparatus according to claim 1, wherein the particles forming the target beam are electrons. 17. A positron microscope apparatus for forming an enlarged image of a sample target, the positron microscope apparatus comprising: a low-velocity positron source means for generating a positron source beam formed from low-energy positrons; focusing means for directing said low-energy positrons of a beam to a sample target; An apparatus comprising: particle image enhancement means; 18. The positron microscope apparatus according to claim 17, further comprising objective lens means for focusing the re-emitted beam. 19. The positron microscope apparatus according to claim 18, further comprising accelerator means disposed between the sample target and the objective lens means for accelerating the particles in the re-emission beam. Device. 20. The positron microscope apparatus according to claim 18, further comprising contrast aperture means for controlling the size of the aperture for the target beam. 21. The positron microscope apparatus according to claim 18, further comprising lens means for focusing and enlarging the re-emitted beam. 22. The positron microscope apparatus according to claim 17, wherein the single particle image enhancement means receives the target beam, and in response to each particle in the impinging re-emission beam, performs particle-by-particle image enhancement. an apparatus comprising: target plate means for emitting a large number of electrons; and phosphor means for interacting with the large number of electrons emitted by the target plate means to generate a large number of photons corresponding to each electron; . 23. The positron microscope apparatus according to claim 22 further includes display plate means that supports the phosphor means in a substantially planar configuration and substantially parallel to the target plate means. 24. The positron microscope apparatus according to claim 17, wherein the low-velocity positron source means includes positron moderator means for generating low-energy positrons. 25. A positron microscope apparatus according to claim 17, wherein the particles forming the target beam are positrons. 28. The positron microscope apparatus according to claim 17, wherein the particles forming the target beam are electrons. 27. emitting positrons having a first energy level to generate a positron source stream; slowing down a positron source stream; propagating the slow positron beam toward a sample target to be imaged; and, in response to communication of the slow positron beam with the sample target, propagating an image beam formed from positrons toward an imaging target; generating a plurality of electron clouds in response to communication of the image beam with the imaging target; and directing the electron clouds to a phosphor screen. A microscopy method consisting of the process of accelerating towards; 28. The method of claim 27 further comprising the step of collecting an image formed in the vicinity of the phosphor screen. 29. The method of claim 28 further comprising the step of storing data in memory corresponding to the acquired image. 30. The method of claim 29, further comprising the step of providing the stored data to a computing system, wherein the data is configured to enhance the collected image. 2. A method under the action of an analysis algorithm for modifying said stored data to generate enhancement data corresponding to an image of said data. 31. The method of claim 27, further comprising the step of scanning the slow positron beam along the sample target, the image beam corresponding to a scanning location of the slow positron beam during the scanning. The method has a property responsive to a feature within the sample target at a location where the sample target is located. 32. The method of claim 27, further comprising the step of forming an angularly correlated image corresponding to an angular shift in response to the angle of gamma ray generation. 33. The method of claim 32, wherein the angularly correlated image is responsive to an electron momentum distribution in the sample target. 34. The method of claim 33, wherein the step of forming an angularly correlated image is performed to correlate with an image formed in response to the image beam. 35. The method of claim 34, wherein forming the angularly correlated image and forming the image in response to the image beam includes directing the slow positron beam along the sample target. A method performed in response to a scanning process. 36. The method of claim 27, wherein the slow positron beam is spin polarized. 37. The method of claim 27, wherein the image beam is formed from positrons reflected from the sample target. 38. generating a slow positron beam; propagating the slow positron beam toward a sample target; converting at least one gamma ray generated in response to contact between the slow positron beam and the sample target into gamma rays; A microscopy method consisting of: monitoring a process; 39. The method of claim 38, wherein the step of monitoring gamma rays comprises detecting a first gamma ray generated in response to communication between the slow positron beam and the sample target to a first gamma ray detector. performing a first monitoring with a second gamma ray detector; and a second monitoring of second gamma rays generated in response to communication between the slow positron beam and the sample target; How to include more. 40. The method of claim 39, further comprising the step of measuring an angle between the first gamma ray and the second gamma ray to obtain an electron momentum parameter value. 41. The method according to claim 39, further comprising the step of defining the timing of the first monitoring step and the second monitoring step to enable background noise elimination. method provided. 42. The method of claim 39, wherein the step of monitoring includes a third beam generated in response to communication of the slow positron beam with the sample target to detect the formation of positronium. The method further comprises the step of monitoring the gamma rays of the sample a third time with a third gamma ray detector. 43. In the method according to claim 42, the step of monitoring includes performing the first monitoring to determine that the first, second, and third gamma rays are generated simultaneously. The process includes a process of defining the timing of a second monitoring process and a third monitoring process. 44. The method of claim 38, further comprising the step of measuring the spatial position of the slow positron beam. 45. The method of claim 44, wherein the spatial position is measured in response to beam deflection plate data. 46. A positron microscope apparatus for forming an enlarged image of a sample target, the positron microscope apparatus comprising: slow positron source means for generating a positron source beam formed from low-energy positrons; focusing the positron source beam consisting of the positrons; a first focusing means for directing the low-energy positrons of the positron source beam onto a sample target; and a first focusing means for directing the low-energy positrons of the positron source beam onto a sample target; An apparatus comprising: second focusing means for focusing a beam of secondary electrons; and imaging means for generating an image signal in response to the beam of secondary electrons. 47. The positron microscopy apparatus of claim 46, wherein said imaging means comprises a single particle image enhancement arrangement that generates a substantially visible signal in response to said secondary electrons. 48. The positron microscope apparatus according to claim 47, wherein the single particle image enhancement arrangement comprises a channel electron image intensifier array that generates a large number of electrons each time the secondary electrons are incident thereon. . 49. A positron microscope apparatus according to claim 46, wherein said imaging means comprises position detector means for generating a position signal in response to said secondary electrons. 50. The positron microscope apparatus of claim 46, wherein said imaging means comprises timing means for generating a timing signal in response to said secondary electrons. 51. The positron microscopy apparatus of claim 46, further comprising gamma ray detector means for detecting the generation of at least one gamma ray in response to said positron being incident on a sample target. 52. A positron microscope apparatus according to claim 46, wherein said gamma ray detector means comprises a gamma ray detector array formed from a plurality of gamma ray detectors arranged in a predetermined positional relationship with respect to each other. 53. The positron microscope apparatus according to claim 52, further comprising gamma ray angular deviation analysis means for measuring the angular deviation of simultaneous gamma rays generated in response to the positrons being incident on the sample target.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1020961A JPH02207445A (en) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | Positron microscope system |
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JP1020961A JPH02207445A (en) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | Positron microscope system |
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ID=12041771
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JP (1) | JPH02207445A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001056307A (en) * | 1999-08-19 | 2001-02-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Observing method through use of positron reemission microscope and positron beam |
JP2008218063A (en) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Hitachi Ltd | Transmission electron microscope |
-
1989
- 1989-02-01 JP JP1020961A patent/JPH02207445A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001056307A (en) * | 1999-08-19 | 2001-02-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Observing method through use of positron reemission microscope and positron beam |
JP2008218063A (en) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Hitachi Ltd | Transmission electron microscope |
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