CN108933076A - 等离子体源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够实现装置尺寸的小型化和抑制永磁铁升温两者的等离子体源。等离子体源(1)包括：室(2)，在内部生成等离子体；一对镜像磁铁(m1、m2)，在室(2)的周围沿第一方向(Z)配置；以及勾形磁铁(c)，配置在一对镜像磁铁(m1、m2)之间，勾形磁铁(c)由多个永磁铁(P)构成，所述多个永磁铁(P)在与第一方向(Z)垂直的面内在室(2)的周围隔开间隙(S)配置，所述永磁铁(P)的室一侧的极性与相邻配置的所述永磁铁(P)的极性交替不同，各镜像磁铁(m1、m2)由多个永磁铁(P)构成，所述多个永磁铁(P)在与第一方向(Z)垂直的面内，以室一侧的极性为同极性的方式在室(2)的周围隔开间隙(S)配置，各镜像磁铁(m1、m2)的室一侧的极性不同。

Description

等离子体源
技术领域
本发明涉及一种利用配置在室周围的镜像磁铁和勾形磁铁关住在室内部生成的等离子体的等离子体源。
背景技术
作为利用配置在室周围的镜像磁铁和勾形磁铁关住在室内部生成的等离子体的等离子体源的应用例公知有专利文献1记载的微波离子源。
该离子源是利用正电极和引出电极从在等离子体室中生成的等离子体引出离子束的离子源。
在圆柱状的室周围设置有勾形磁铁，该勾形磁铁配置在沿室的轴向(离子束的引出方向)配置的一对的镜像磁铁与镜像磁铁之间。
为了使除了用于引出离子束的电极以外的等离子体源的尺寸小型化，希望各磁铁不是由电磁铁而是由永磁铁构成。在离子源的运转中等离子体室成为高温。由于设置在室周围的永磁铁因高温而退磁，所以为了保持永磁铁的特性，需要用于抑制磁铁温度上升的冷却装置。
在专利文献1中公开了镜像磁铁和勾形磁铁使用永磁铁，但是对于用于使等离子体源的小型化和抑制永磁铁升温两者成立的永磁铁配置没有任何记载。
例如，如果仅考虑抑制永磁铁升温，则可以考虑在永磁铁的外周部设置制冷剂流道。但是，由于在这种情况下室周围的外周尺寸变大，所以等离子体源的尺寸大型化。
专利文献1：日本专利公开公报特开2000-173486
发明内容
本发明提供一种具有能够实现等离子体源的小型化和抑制永磁铁升温的永磁铁配置的等离子体源。
等离子体源包括：室，在内部生成等离子体；一对镜像磁铁，在所述室的周围沿第一方向配置；以及勾形磁铁，配置在所述一对镜像磁铁之间，所述勾形磁铁由多个永磁铁构成，所述多个永磁铁在与所述第一方向垂直的面内在所述室的周围隔开间隙配置，所述永磁铁的所述室一侧的极性与相邻配置的所述永磁铁的极性交替不同，各镜像磁铁由多个永磁铁构成，所述多个永磁铁在与所述第一方向垂直的面内，以所述室一侧的极性为同极性的方式在所述室的周围隔开间隙配置，各镜像磁铁的所述室一侧的极性不同。
按照上述结构的等离子体源，由于在构成各磁铁的永磁铁间设置有间隙，所以能够在上述部分内设置制冷剂流道，从而能够实现等离子体源的小型化和抑制永磁铁升温两者。
具体地说，在构成所述勾形磁铁和所述镜像磁铁的多个永磁铁间的间隙内设置有制冷剂流道。
为了使制冷剂流道的结构简单，优选的是，构成所述勾形磁铁和所述镜像磁铁的多个永磁铁间的间隙沿所述第一方向排列。
为了进一步使制冷剂流道的结构简单，优选的是，具有多个所述间隙，所述制冷剂流道的制冷剂流入通道和制冷剂流出通道设置在不同的间隙内。
为了使装置结构简单，优选的是，在所述室的第一面上形成有开口，所述开口用于从在内部生成的等离子体释放离子或电子，在所述第一方向上，制冷剂从与所述第一面相反侧的所述室的第二面流入流出。
为了使第一面上的制冷剂流道的结构简单，优选的是，在所述室的第一面上具有与设置在所述间隙内的制冷剂流道的端部连接的环状制冷剂流道。
由于在构成各磁铁的永磁铁间设置有间隙，所以能够在上述部分内设置制冷剂流道，从而能够实现等离子体源的小型化和抑制永磁铁升温两者。
附图说明
图1是表示等离子体源整体的示意图。
图2是镜像磁铁和勾形磁铁的断面图。(A)是第一镜像磁铁的断面图。(B)是勾形磁铁的断面图。(C)是第二镜像磁铁的断面图。
图3是构成各磁铁的永磁铁配置的变形例的断面图。
图4是制冷剂流道的说明图。(A)是设置在整个室内的制冷剂流道的示意图。(B)是形成在室的第一面上的制冷剂流道的说明图。(C)是形成在室的第二面上的制冷剂流道的说明图。
附图标记说明
1 等离子体源
2 室
3 开口
4 波导管
m1 第一镜像磁铁
m2 第二镜像磁铁
c 勾形磁铁
P1 第一面
P2 第二面
S 间隙
L 制冷剂流道
P 永磁铁
具体实施方式
图1是表示等离子体源1整体的示意图。
该等离子体源1包括圆柱状的室2，该室2利用波导管4通过未图示的电介质窗向内部导入微波。
在上述例子中，从室2的第二面P2导入微波。
与专利文献1同样，在室2的周围沿Z方向设置有一对镜像磁铁m1、m2。
此外，在一对镜像磁铁m1、m2之间设置有勾形磁铁c，利用各磁铁在室2的内部产生的磁场，关住在室2的内部生成的等离子体。
在室2的第一面P1上形成有开口3，该开口3用于利用未图示的电极从室内部的等离子体将离子或电子引出为束。
图2描绘了以与Z方向垂直的平面的XY平面切断各磁铁时的断面图。
从图2的(A)、(C)可以看出，各镜像磁铁m1、m2由多个永磁铁P构成，上述多个永磁铁P以室一侧的极性成为同极性的方式在室2的周围隔开间隙S配置。另外，在各镜像磁铁m1、m2中室一侧的极性不同。
此外，从图2的(B)可以看出，勾形磁铁c也由多个永磁铁P构成，上述多个永磁铁P在室2的周围隔开间隙S配置。各永磁铁P的室一侧的极性在室2的周围交替不同。
另外，构成上述镜像磁铁m1、m2和勾形磁铁c的多个永磁铁P被未图示的磁轭支撑。
如果具有上述间隙S，则在该部位能够配置制冷剂流道L。等离子体源1的外形尺寸由配置在室周围的永磁铁P的外周部限定。由此，在上述永磁铁间的间隙S配置有制冷剂流道L的情况下，对等离子体源1的外形尺寸产生的影响小，能够使等离子体源小型化。
图2的(A)～(C)中描绘的黒色圆圈的制冷剂流道L是制冷剂从室2的第二面P2向第一面P1一侧流动的流道。白色圆圈的制冷剂流道L是制冷剂从室2的第一面P1向第二面P2一侧流动的流道。作为制冷剂例如使用纯水，但是也可以使用纯水以外的制冷剂。
由于如果像图2描绘的那样，构成各磁铁m1、m2、c的永磁铁间的间隙S沿Z方向排列，则可以使通过各磁铁m1、m2、c的间隙S的制冷剂流道L为直线状，所以使制冷剂流道L的结构简单。
但是，通过永磁铁间的间隙S的制冷剂流道L并不是必须为直线状，可以局部弯曲等而稍许弯曲。
例如，如图3所示，在镜像磁铁m1、m2和勾形磁铁c的断面图中，构成镜像磁铁m1、m2的永磁铁间的间隙S的位置和构成勾形磁铁c的永磁铁间的间隙S的位置在XY平面上可以不同，不沿Z方向排列。
即使是图示的永磁铁配置，由于在永磁铁间的间隙S设置有制冷剂流道，所以也与图2的结构相同，能够实现等离子体源的小型化和抑制永磁铁升温两者。
作为制冷剂流道L的具体结构可以是图4中图示的结构。图4的(A)是表示设置在室周围的制冷剂流道整体的示意图。图4的(B)是形成在图4的(A)中图示的室2的第一面P1上的制冷剂流道。图4的(C)是形成在图4的(A)中图示的室2的第二面P2上的制冷剂流道。
从在室2的第二面P2上图示的IN供给制冷剂。向室2供给的制冷剂分为由实线图示的三个制冷剂流道，通过形成于各磁铁的间隙S而向室2的第一面P1输送。
在室2的第一面P1上形成有环状的制冷剂流道LC(粗线)。该制冷剂流道LC与上述实线的制冷剂流道连接。
此外，环状的制冷剂流道LC与从室2的第一面P1向第二面P2输送制冷剂的制冷剂流道(虚线)连接。
通过由虚线描绘的制冷剂流道，向第二面P2输送的制冷剂从图示的OUT向室2的外部排出。
在等离子体源1的第一面P1中可以采用分别连接实线的制冷剂流道和虚线的制冷剂流道的结构，但是在通过切削室来形成流道的情况下，形成上述环状的制冷剂流道可以使流道的制作简单。
另外，在此所指的环状并不是必须为圆，还包含方形等其他形状，广泛指闭合的环。
优选的是，从等离子体源1的第二面P2向制冷剂流道供给制冷剂并排出来自制冷剂流道的制冷剂。在等离子体源1的第一面P1上形成有开口3，通过此处引出离子等的束而向室外部释放离子或电子。在从该部位附近向制冷剂流道供给制冷剂并排出来自制冷剂流道的制冷剂时，有可能妨碍释放离子或电子和引出离子等的束。
此外，假设不妨碍释放离子或电子和引出离子等的束来供给、排出制冷剂，但是考虑到供给、排出制冷剂的部位很大程度上受到配置在开口附近的电极配置等其他因素制约，所以从第二面P2供给、排出制冷剂使装置结构简单。
在上述实施方式中，说明了室2为圆柱，但是室2的形状可以是长方体、立方体或方柱。
此外，在上述实施方式中，将室2的长度方向作为Z方向，但是可以使室2为Y方向比Z方向长的形状。
此外，在上述实施方式中，使用波导管向室2导入微波，但是也可以是导入微波以外的高频波的结构。此外，除了波导管以外，可以向室内插入天线，通过同一天线将高频波导入室内。
在上述实施方式中，在各间隙S内设置有一个制冷剂流道L，但是也可以在各间隙S内配置两个以上的制冷剂流道L。
但是，由于将多个制冷剂流道L配置在一个间隙S内时，因总制冷剂流道长度变长或配置在一个间隙S内的制冷剂流道L的直径变小，使冷却能力下降，所以优选的是像上述实施方式那样在一个间隙S内设置一个制冷剂流道L。
在上述实施方式中，构成各磁铁m1、m2、c的永磁铁P的个数相同(6个)，但是并不是必须相同。
此外，在上述实施方式中，室2的第一面P1一侧的镜像磁铁m2的室一侧的极性是N，室2的第二面P2一侧的镜像磁铁m1的室一侧的极性是S，但是两者的极性可以相反。
此外，本发明并不限定于所述实施方式，能够在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变形。

Claims (6)

1.一种等离子体源，其特征在于包括：
室，在内部生成等离子体；
一对镜像磁铁，在所述室的周围沿第一方向配置；以及
勾形磁铁，配置在所述一对镜像磁铁之间，
所述勾形磁铁由多个永磁铁构成，所述多个永磁铁在与所述第一方向垂直的面内在所述室的周围隔开间隙配置，所述永磁铁的所述室一侧的极性与相邻配置的所述永磁铁的极性交替不同，
各镜像磁铁由多个永磁铁构成，所述多个永磁铁在与所述第一方向垂直的面内，以所述室一侧的极性为同极性的方式在所述室的周围隔开间隙配置，
各镜像磁铁的所述室一侧的极性不同。
2.根据权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，在构成所述勾形磁铁和所述镜像磁铁的多个永磁铁间的间隙内设置有制冷剂流道。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体源，其特征在于，构成所述勾形磁铁和所述镜像磁铁的多个永磁铁间的间隙沿所述第一方向排列。
4.根据权利要求2或3所述的等离子体源，其特征在于，
具有多个所述间隙，
所述制冷剂流道的制冷剂流入通道和制冷剂流出通道设置在不同的间隙内。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的等离子体源，其特征在于，
在所述室的第一面上形成有开口，所述开口用于从在内部生成的等离子体释放离子或电子，
在所述第一方向上，制冷剂从与所述第一面相反侧的所述室的第二面流入流出。
6.根据权利要求5所述的等离子体源，其特征在于，在所述室的第一面上具有与设置在所述间隙内的制冷剂流道的端部连接的环状制冷剂流道。
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