DE19933762A1

DE19933762A1 - Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Jonenquellen zur Erzeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen

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Publication number: DE19933762A1
Application number: DE1999133762
Authority: DE
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Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2019-07-20
Also published as: WO2001006533A3; DE19933762C2; WO2001006533A2

Abstract

Um aus Elektronen-Zyklotron-Resonanz-(EZR)-Ionenquellen mit allseitigen magnetischen Einschluß eines EZR-geheizten Plasmas große, kontinuierliche Ströme von Ionen zu extrahieren, müssen sie bekanntlich so asymmetrisch gebaut werden, der der axiale magnetische Einschluß auf der Extraktionsseite schlechter wird als auf der entgegengesetzten Seite, wodurch Ionenverluste in Richtung der Extraktion zu größeren extrahierten Ionenströmen führen. Durch plötzliches Herunterschalten des magnetischen Einschlußfeldes im Bereich der Extraktion einer mit symmetrischem, axialen Magneteinschluß betriebenen EZR-Ionenquelle, d. h. durch plötzliche und vollständige Öffnung des magnetischen Einschlusses im Bereich der Extraktion, bewegt sich das ganze Plasma plötzlich zur Extraktionsöffnung, so daß dort die extrahierten Ionenströme plötzlich vergrößert werden. der große Ionenstrompuls dauert entweder bis sich der Plasmavorrart erschöpft hat oder bis der magnetische Einschluß wieder eingeschaltet wird. Die Pulswiederholrate ist bestimmt durch die Aufbauzeit des Plasmas nach Wiedereinschalten des magnetischen Einschlusses. Statt Ionenstrompulsen können auch Elektronenstrompulse extrahiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle mit zeitlich variabler Extraktion hochgeladener Ionen oder Elektronen-Strahlen aus einem Plasma mit magnetischem Einschluß, das mit elektro magnetischen Mikrowellen unter Ausnutzung der Elektronen-Zykolotron-Resonanz (EZR) er zeugt und geheizt wird, und das mit beliebigen zu ionisierenden Elementen aus einem Gasre servoir oder einem integrierten Verdampferofen beschickt wird.

Es ist bekannt, daß Strahlen hochgeladener Ionen mit hoher Ausbeute aus solchen EZR- Ionenquellen extrahiert werden. Die Konstruktionsmerkmale dieser EZR-Ionenquellen sind in Patentschriften [EPAO 138642, EPAO 130907, FR 2475798, FR 2512623, EPAO 142414, EPAO 145586, FR 2592518, EPAO 238397, EPAO 252845, und eingereicht in Frankreich unter den Nummern: 88.16141, 91.05803, 91.08543, 91.11206] und wissenschaftlich- technischen Veröffentlichungen publiziert [Ref 1: R. Geller, "Electron Cyclotron Resonance Ion Sources and ECR-Plasmas", Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1996, ISBN 0 7503 0107 4]. Demnach wird ein axialer magnetischer Plasmaeinschluß durch zwei oder mehrere kreisförmige, nicht notwendigerweise identische Magnetspulen in einem gewis sen axialen Abstand voneinander derart erzeugt, daß auf der Symmetrieachse der Ionenquelle jeweils am Ort der Spulen ein Maximum und zwischen den Spulen ein Minimum der Magnet feldstärke entsteht, das durch Zusatzspulen speziell konfiguriert werden kann. Eine solche axiale Magnetfeldstruktur wird Spiegelfeld genannt. Diese axiale Magnetfeldstruktur läßt sich mit herkömmlichen oder mit supraleitenden Spulen mit gleichsinniger oder entgegengesetzter Stromrichtung realisieren. In neueren Konzeptionen wird diese axiale Magnetfeldstruktur auch mit Permanentmagneten ohne Verwendung von Spulen realisiert. Der radiale Plasmaeinschluß wird durch magnetische Multipolfelder (meist Hexapolfelder) bewirkt, die meist mit Perma nentmagneten aufgebaut sind, aber auch mit supraleitenden Spulen oder mit eisenbewehrten Kupferspulen ausgeführt werden können. Im Inneren dieser Magnetfeldstruktur existiert also ein Minimum des Betrages des Magnetfeldes, von dem aus in alle Richtungen nach außen hin der Betrag des Magnetfeldes zunimmt, so daß man sie auch abgekürzt Minimum-B- Magnetfeldstruktur (MBM) nennt.

In diese MBM wird auf der Symmetrieachse eine meist zylindrische Plasmakammer aus Metall, Keramik oder Quarz eingesetzt, die im wesentlichen als Vakuumkammer dient, um im Zusammenwirken mit radial oder axial angeordneten Vakuumpumpen einen Druck des zu ioni sierenden Gases oder Gasgemisches im Plasmabereich von 10^-2 bis 10^-5 Pa zu gewährleisten. Die Mikrowellenenergie wird mit Hochfrequenz-Hohlleitern oder mit Koaxialleitungen, even tuell in Kombination mit Antennen radial oder axial in die Plasmakammer eingekoppelt, wobei ein mikrowellendurchlässiges, aber vakuumdichtes Fenster den Vakuumabschluß der Plasma kammer gewährleistet. Im Bereich eines der beiden axialen Magnetfeldmaxima, der im folgen den als Extraktionsseite bezeichnet wird, ist die Plasmakammer durch eine durchbohrte Elek trode, die sog. Plasmaelektrode abgeschlossen, durch welche die Ionen oder Elektronen von einem elektrischen Ziehfeld angepaßter Polarität axial extrahiert werden.

In dieser Plasmakammer werden Elektronen durch EZR-Heizung auf hohe Energie ge bracht, räumlich konzentriert und ausreichende Zeiten gespeichert [Ref. 2, A. Heinen, Ch. Vitt, and H. J. Andrä, "Density and Energy Density Distributions of Electrons in Compact ECRIS", in Conference on the Physics with Highly Charged Ions, Bensheim, Germany Sept. 1998, to be published in Physica Scripta, (1999) und Ref. 3, A. Heinen, M. Rüther, H. W. Ortjohann, Ch. Vitt, S. Rhode, and H. J. Andrä, "Heating and Trapping of Electrons in ECRIS, from Scratch to Afterglow", Proceedings of the "14^th International Workshop on ECR Sources", 3-6 Mai 1999, CERN, Genf, Schweiz, Seiten 224-232.], so daß sie die eingelassenen Elemente bis zu hohen Ladungszuständen ionisieren können. Es wird angenommen, daß diese Ionisation vor wiegend in den räumlichen Bereichen großer Elektronen-Energiedichte stattfindet, in denen die entstandenen Ionen auch in dem dort durch die Raumladung der Elektronen erzeugten Potenti al festgehalten werden. Da die Ionen in diesen EZR-Ionenquellen nur sehr wenig Energie ge winnen, können sie also unter der doppelten einschließenden Wirkung des Potentials der Elek tronen und des magnetischen Einschlusses der MBM lange, mittlere Zeiten τ in der EZR- Ionenquelle festgehalten werden und nur mit geringer Wahrscheinlichkeit bis zur Extrakti onsöffnung gelangen und extrahiert werden. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das magne tische Spiegelfeld symmetrisch aufgebaut ist, d. h. wenn die beiden Magnetfeldmaxima auf der Achse gleiche Magnetfeldstärke besitzen, und damit ein besonders guter axialer magnetischer Einschluß der geladenen Partikel in der MBM gegeben ist. Um den kontinuierlichen Strom hoch geladener Ionen aus den EZR-Ionenquellen möglichst groß zu machen, wird deshalb der magnetische Einschluß in Richtung der Extraktionsseite dadurch verschlechtert, daß das axiale Magnetfeldmaximum des Spiegelfeldes auf der Extraktionsseite kleiner als das auf der entge gengesetzten Seite gemacht wird. Dadurch wird der Verlust von Ionen aus der MBM in Rich tung der Extraktionsseite erhöht, der größeren extrahierten Ionenströmen entspricht. Da diese Verluste die mittlere Verweilzeit τ der Ionen in der MBM verkürzen, und umgekehrt aber ein langes τ für die Erzeugung der hohen Ladungszustände benötigt wird [Ref. 1], kann nur ein Kompromiß zwischen langem τ für die Produktion und kurzem τ für die Extraktion zum Opti mum des extrahierten, kontinuierlichen Stroms eines bestimmten Ladungszustandes führen.

Für die Erzeugung zeitlich kurzer Pulse hoch geladener Ionen wurde deshalb ein Verfahren entwickelt, das den Ionen-Einschluß im Potential der Elektronen kurzzeitig dadurch ver schlechtert, daß die EZR-Heizung durch plötzliches Abschalten der Mikrowelle ausgeschaltet wird [Ref. 1 und Ref. 3]. Dieses sog. "Afterglow"-Verfahren (der aus dem Englischen entlehnter Begriff für das Nachleuchten eines Plasmas nach Abschalten des Erzeugungmechanismus) führt dazu, daß mit dem Abschalten der EZR-Heizung vor allem die Elektronen niedriger Energie durch Stöße mit anderen geladenen Partikeln aus der MBM herausgestreut werden, so daß ein Teil a . N des Potentials der Elektronen für den Einschluß der ursprünglich vorhandenen N Io nen verloren geht und deshalb letztere wegen der Coulomb-Abstoßung untereinander ausein anderfliegen. Wegen des starken axialen Magnetfeldes wird dieses Auseinanderfliegen der Io nen vorwiegend in ein axiales Auseinanderfliegen der Ionen in beide Richtungen umgewandelt, so daß an der Extraktionsöffnung ein kurzer Puls von ≦ a . N/2 Ionen auftritt. Das "Aflerglow"-Verfahren erzeugt tatsächlich Pulse hoch geladener Ionen von etwa 1 ms Länge, die im Maximum ein bis zwei Größenordnungen größere Ströme eines hoch geladenen Ions ergeben können als die entsprechenden kontinuierlichen Ströme. Der Nachteil dieses Verfah rens liegt darin, daß nur ein Teil a des Ionen-Einschlusses im Potential der Elektronen abge schaltet wird, während der magnetische Einschluß konstant erhalten bleibt.

Es wurden deshalb erfolgreiche Versuche unternommen, gleichzeitig den Ionen-Einschluß im Potential der Elektronen und in der MBM auszuschalten [C. Mühle, "Untersuchung einer ECRIS mit gepulster magnetischer Extraktion", Dissertation, 1995, Univ. Frankfurt, durchge führt in der GSI-Darmstadt, GSI-95-07 Report (1995)]. In diesem Experiment wurde gezeigt, daß eine die Plasmakammer umschließende, axialsymmetrische, zylindrische Spule dazu ver wendet werden kann, das Minimum des magnetischen Spiegelfeldes in wenigen µs in ein Ma ximum umzuschalten, das größer ist als die Maxima des ursprünglichen Spiegelfeldes. Dadurch wird der magnetische Einschluß aller geladenen Partikel zerstört, so daß für die Ionen sowohl der magnetische wie auch der Potential-Einschluß verlorengeht, und sie in alle Richtungen aus einanderfliegen. Wegen des starken axialen Magnetfeldes wird dieses Auseinanderfliegen der Ionen vorwiegend in ein axiales Auseinanderfliegen der Ionen in beide Richtungen umgewan delt, so daß an der Extraktionsöffnung ein kurzer Puls von ≦ N/2 Ionen auftritt. Das magneti sche Schalten der MBM erzeugt experimentell tatsächlich Pulse hoch geladener Ionen der Länge < 1 ms, die im Maximum etwa eine Größenordnung größere Ströme eines Wich gelade nen Ions ergeben als die entsprechenden kontinuierlichen Ströme. Das Experiment wurde aber mit einer EZR-Ionenquelle mit schwachem magnetischen Einschluß durchgeführt, so daß der erzielbare Stromgewinn deutlich kleiner ausfiel als bei Hochleistungs-EZR-Ionenquellen, ob wohl er prinzipiell größer ausfallen sollte. Der große Nachteil des magnetischen Schaltens einer ganzen MBM liegt aber vor allem darin, daß ein großes Magnetfeld der Größenordnung Tesla innerhalb von wenigen µs zu Schalten ist, was einen großen elektrischen Leistungsbedarf er fordert und deshalb aus wirtschaftlichen Gründen nicht mit großen Puls-Wiederholraten durch geführt werden kann.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß extrahierte Ströme hoch geladener Ionen aus EZR-Ionenquellen pulsartig dadurch gesteigert werden können, daß der Ionen-Einschluß pulsartig verschlechtert oder ganz zerstört wird. Die dafür bisher eingesetzten Methoden besit zen aber prinzipielle oder wirtschaftliche Nachteile. Es besteht damit die Aufgabe, den Ionen- Einschluß in EZR-Ionenquellen auf technisch günstige und wirtschaftliche Art und Weise puls artig für die optimale Extraktion hoch geladener Ionen und auch von Elektronen zu modifizie ren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch eine pulsartige magneti sche Öffnung der MBM, die auf den räumlichen Bereich der Extraktionsöffnung beschränkt ist, alle in der vorher existierenden MBM gespeicherten geladenen Partikel aus dem Innern der MBM zur Extraktionsöffnung hin entweichen und dort sehr effizient extrahiert werden können, wobei durch die räumliche Begrenzung des zu schaltenden Magnetfelds Spulen mit kleinen, durch diesen räumlichen Bereich definierte Dimensionen ausreichen, deren Pulsung mit gerin gen technischen und wirtschaftlichen Mitteln möglich ist.

Diese magnetische Öffnung im räumlichen Bereich der Extraktionsöffnung in der Plasmae lektrode muß das dort befindliche Maximum des axialsymmetrischen magnetischen Spiegelfel des auf einen Wert kleiner oder gleich B_min absenken, damit die Plasmapartikel keine Axial kräfte in Richtung der Mitte der Plasmakammer mehr erfahren. Dieses Herunterschalten des Magnetfeldes vom Spiegelfeldmaximum auf einen Wert ≦ B_min kann ohne mechanische Um bauten sofort dadurch erzielt werden, daß die elektrischen Ströme in den das Maximum erzeu genden Spulen plötzlich, d. h. technisch so schnell wie möglich abgesenkt werden. Da es sich um große Spulenströme in Spulen großer Induktivität handelt ist dieses plötzliche Schalten et wa der Hälfte der Spulenströme zwar technisch möglich, aber technisch aufwendig.

Technisch einfacher und wesentlich wirtschaftlicher wir die Absenkung des Maximums des Spiegelfeldes dadurch bewerkstelligt, daß die Magnetfeldstruktur des magnetischen Einschlus ses erhalten bleibt und mechanisch im räumlichen Bereich der Plasmaelektrode eine Hilfsspule angeordnet wird, die mit einem plötzlichen Stromstoß so beschickt wird, daß dem Maximum des axialsymmetrischen magnetischen Spiegelfeldes im Bereich der Plasmaelektrode eine plötzliches Magnetfeldminimum überlagert wird, so daß dort die Gesamtmagnetfeldstärke klei ner oder gleich B_min wird. Ein besonders einfache Lösung wird dadurch erreicht, daß diese Hilfsspule in die Plasmaelektrode integriert wird.

Es ist natürlich auch möglich die magnetische Öffnung im räumlichen Bereich der Extrakti on zeitabhängig so zu steuern, daß die Pulsformen der extrahierten Ionen- oder Elektronen- Strompulse beeinflußt werden können. Dies schließt auch die Möglichkeit ein, die Gesamtma gnetfeldstärke im Bereich der Extraktion nur auf Werte abzusenken, die größer als B_min bleiben können.

Für die ionenoptische Qualität der erzeugten Stromimpulse stellt das Vorhandensein des magnetischen Multipols ein Problem dar. Für die Verbesserung kann erwogen werden, daß gleichzeitig mit dem plötzlichen Öffnen des axialen magnetischen Einschlusses auch der ma gnetische Multipol überall oder zumindest im Bereich der Extraktion ganz oder teilweise plötzlich abgeschaltet wird, um das Plasma möglichst homogen und in Achsennähe auf die Ex traktionsöffnung in der Plasmaelektrode zuströmen zu lassen, um Ionen- oder Elektronen- Stromimpulse möglichst guter Homogenität und Emittanz extrahieren zu können.

Für viele technologische Anwendungen ist es nicht notwendig, Ionen und Elektronen ge trennt zu extrahieren. Die Verwendung des gesamten, neutralen Plasmas ist verfahrenstech nisch oft sogar wirkungsvoller als die Verwendung Ionen oder Elektronenstrahlen. Dies gilt insbesondere für Plasmen großer Energiedichte wie sie hier in EZR-Ionenquellen vorliegen. Durch Verzicht auf das elektrische Ziehfeld und durch Vergrößern der Extraktionsöffnung in der Plasmaelektrode kann dieses ganze Plasma durch magnetische Öffnung in die vorher defi nierte Extraktionsrichtung ausströmen und außerhalb der EZR-Ionenquelle nutzbar gemacht werden. Die Ausströmgeschwindigkeit läßt sich dabei sogar über den Gradienten des abfallen den Magnetfeldes zur Extraktion hin steuern. Außerhalb der EZR-Ionenquelle kann also ein im magnetischen Streufeld der EZR-Ionenquelle expandierender Plasmapuls mit großem Anteil hoch geladener Ionen und regelbarer Geschwindigkeit erzeugt werden. Die Expansion dieses Plasmapulses kann durch äußere magnetische Führungsfelder an die jeweiligen Verfahren an gepaßt werden.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt mit dem Ausführungsbeispiel 1 (vergl. Fig. 1).

Als Ausführungsbeispiel 1 kann eine EZR-Ionenquelle in Fig. 1 gezeigt werden. Sie besteht aus einer Plasmakammer (1), in der das für die Plasmaerzeugung erforderliche Vakuum erzeugt und der Restdruck des gewünschten Gases durch einen Gaseinlaß (2) aufrechterhalten wird, und in die die Mikrowellen (3) eingekoppelt werden. Auf der Ionen- oder elektronen- Extraktionsseite ist die Plasmakmmer mit einer Plasmaelektrode (4) abgeschlossen, der in Ex traktionsrichtung (5) eine Extraktionselektrode (6) folgt. Durch die Öffnungen der Plasma- und Extraktionselektroden werden die im Plasma (7) erzeugten Ionen oder Elektronen aus dem Plasma extrahiert, wobei durch eine Spannungsdifferenz zwischen der Plasma- und der Extrak tionselektrode ein sogenanntes Ziehfeld wählbarer Polarität aufgebaut wird. Die Magnetfeld struktur wird in diesem Beispiel durch einen radial magnetisierten Permanentmagnetring (8), vier stromdurchflossene Spulen (9) und einen aus Permanentmagneten zusammengesetzten Oktopol (10) erzeugt, dessen Einzelmagnete mit den angegebenen Pfeilrichtungen magnetisiert sind. Der Ring (8) und die Spulen (9) können mechanisch und elektrisch so eingestellt werden, daß sie zum Beispiel ein Axialfeld B_z (11) auf der z-Achse (12) mit einem sehr flachen Mini mum (13) erzeugen, dessen kleinster Wert auf der Achse B_zmin in der Mitte der Plasmakammer liegt. Durch dieses axiale Feld B_z (11, 13) wird das Plasma (7) axial gut eingeschlossen. Durch plötzliches Absenken des elektrischen Stroms in der Spule (14) wird das gestrichelte axiale Feld B_z (15) im Bereich der Extraktion erhalten, das den Ansprüchen 1, 2 und 5 gerecht wird. Anstatt den Strom der Spule 14 zu schalten, kann in die Plasmaelektrode eine Hilsspule (16) eingebaut werden, die mit einem plötzlich ansteigenden Stromimpuls beschickt wird, der ein lokales, axiales, magnetisches Feld der Art erzeugt, daß das überlagerte axiale Gesamtmagnet feld auf der Achse im Bereich der Extraktion die Form (15) annimmt. Um die experimentell zu bestimmende beste Form (15) des axialen Gesamtmagnetfeldes auf der Achse im Bereich der Extraktion für die Extraktion der größten Ionen- oder Elektronen-Stromimpulse oder Plas maimpulse zu erreichen, können auch die elektrischen Stöme aller diese Felder erzeugenden Spulen gleichzeitig um einstellbare positive oder negative Werte geschaltet werden.

Claims

1. Ionenquelle zur Erzeugung von Strahlen beliebiger einfach, mehrfach oder hoch geladener Ionen durch die Erzeugung und Extraktion der Ionen aus einem in einer Ionenquellenvor richtung enthaltenen, in einer Plasmakammer magnetisch eingeschlossenem Plasma, wobei der magnetische Einschluß des Plasmas in einer durch Permanentmagneten, stromdurchflos sene Kupferspulensysteme, supraleitende Spulensysteme oder durch eine Kombination die ser drei Methoden erzeugten Magnetfeldstruktur erfolgt, die im Innern durch ein Minimum des Betrages des Magnetfeldes B_min ausgezeichnet ist, von dem aus der Betrag des Magnet feldes in alle Richtungen nach außen hin auf mindestens 1.7 . B_min zunimmt, die durch eine Kombination aus magnetischem Spiegelfeld (axialer Einschluß), bestehend aus zwei Maxima des axialsymmetrischen magnetischen Feldes, zwischen denen die axialsymmetrische Plas makammer angeordnet ist, und einem magnetischem Multipolfeld (sich abwechselnde Nord- und Südpole auf dem meist zylindrischen Umfang der äußeren Plasmakammerwand für ra dialen Einschluß) mit Symmetrieachse gleich der Symmetrieachse der Plasmakammer reali siert wird, so daß das Plasma mit Hilfe von Mikrowellen unter Ausnutzung der Elektronen- Zyklotron-Resonanz erzeugt und geheizt werden kann (EZR-Ionenquelle), wobei in der Plasmakammer das für die Plasmaerzeugung erforderliche Vakuum erzeugt und der Rest druck des gewünschten Gases aufrechterhalten wird und in die die Mikrowellen eingekop pelt werden, wobei die Plasmakammer auf der sogenannten Extraktionsseite mit einer axial symmetrischen Plasmaelektrode abgeschlossen ist, durch deren Öffnungen hindurch die er zeugten Ionen mit einem elektrischen Ziehfeld aus dem Plasma extrahiert werden, was aller dings durch den magnetischen Einschluß stark behindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale magnetische Einschluß des Plasmas im Bereich der Plasmaelektrode durch plötzliches, d. h. technisch so schnell wie mögliches Absenken des im Bereich der Plasmae lektrode befindlichen Maximums des axialsymmetrischen magnetischen Spiegelfeldes auf einen Wert, der kleiner oder gleich B_min sei, plötzlich aufgehoben wird, und damit sich das vorher eingeschlossene Plasma sehr schnell in Richtung dieser magnetischen Öffnung be wegen kann, so daß es bis zur mechanischen Öffnung in der Plasmaelektrode gelangt, durch welche je nach Polarität des elektrischen Ziehfeldes die Ionen oder die Elektronen des Plasmas extrahiert werden, so daß ein plötzlicher, starker Anstieg der extrahierten Ionen oder Elektronen-Ströme registriert wird, deren Stromstärken entweder bis zur Entleerung des Plasmas oder bis zum Wiedereinschalten des magnetischen Einschlusses sehr viel grö ßer sind als bei Vorhandensein des magnetischen Einschlusses.

2. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das plötzliche, d. h. technisch so schnell wie mögliche Absenken des im Bereich der Plas maelektrode befindlichen Maximums des axialsymmetrischen magnetischen Spiegelfeldes auf einen Wert, der kleiner oder gleich B_min sei, dadurch bewerkstelligt wird, daß die elektrischen Ströme in den dieses Maximum erzeugenden Spulen plötzlich, d. h. technisch so schnell wie möglich abgesenkt werden.

3. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das plötzliche, d. h. technisch so schnell wie mögliche Absenken des im Bereich der Plas maelektrode befindlichen Maximums des axialsymmetrischen magnetischen Spiegelfeldes auf einen Wert, der kleiner oder gleich B_min sei, dadurch bewerkstelligt wird, daß die Magnetfeld struktur des magnetischen Einschlusses erhalten bleibt und mechanisch im räumlichen Bereich der Plasmaelektrode eine Hilfsspule angeordnet wird, die mit einem plötzlichen Stromstoß so beschickt wird, daß dem Maximum des axialsymmetrischen magnetischen Spiegelfeldes im Be reich der Plasmaelektrode eine plötzliches Magnetfeldminimum überlagert wird, so daß dort die Gesamtmagnetfeldstärke kleiner oder gleich B_min wird.

4. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 3 definierte Hilfsspule in die Plasmaelektrode integriert wird.

5. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Öffnung so gestaltet wird, daß im geöffneten Zustand das axiale Magnet feld auf der Symmetrieachse stetig von der Plasmakammermitte in Richtung der Extraktion und darüber hinaus abfällt.

6. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der plötzlichen Öffnung des axialen magnetischen Einschlusses auch die Mikrowellenleistung plötzlich abgeschaltet wird.

7. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionsöffnung in der Plasmaelektrode durch ein beliebig geformtes Extraktions gitter ersetzt wird, damit die Partikel der nicht extrahierten Polarität darauf aufgefangen wer den.

8. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die elektrischen Ströme in mehreren das im Bereich der Extraktion liegende Maximum des axialsymmetrischen magnetischen Spiegelfeldes erzeugenden Spulen und auch in der in Anspruch 3 definierten Hilfsspule so plötzlich, d. h. technisch so schnell wie möglich ge schaltet werden, daß der experimentell zu bestimmende Verlauf des axialen Magnetfeldes im Bereich der Extraktion entsteht, der die größten extrahierten Ströme von Ionen oder Elektro nen liefert.

9. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Öffnung zeitabhängig so gesteuert wird, daß die Pulsform der Ionen strompulse festgelegt werden kann, wobei auch nicht vollständige magnetische Öffnungen in Betracht gezogen werden können.

10. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem plötzlichen Öffnen des axialen magnetischen Einschlusses auch der magnetische Multipol überall oder zumindest im Bereich der Extraktion ganz oder teilweise plötzlich abgeschaltet wird, um das Plasma möglichst homogen und in Achsennähe auf die Ex traktionsöffnung in der Plasmaelektrode zuströmen zu lassen, um Ionen- oder Elektronen- Stromimpulse möglichst guter Homogenität und Emittanz extrahieren zu können.

11. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verzicht auf das elektrische Ziehfeld und durch Vergrößern der Extraktionsöffnung in der Plasmaelektrode das ganze Plasma in die vorher definierte Extraktionsrichtung ausströ men kann, das dann außerhalb der Ionenquelle als expandierender oder in äußernen Magnetfel dern geführter Plasmapuls mit großem Anteil hoch geladener Ionen vorliegt, der vielfältig ge nutzt werden kann.

12. Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionenquellen zur Er zeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen nach Ansprü chen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor dem magnetischen Öffnen der Ladungszustand der gewünschten hoch geladenen Ionen mit Ionen-Zyklotron-Resonanz-Heizung spezifisch mit Rotationsenergie um die Feldlini en im Resonanzvolumen versehen werden, damit sie nach magnetischer Öffnung durch ihr dann vorhandenes magnetisches Moment im Gradienten des zur Extraktion hin stetig abnehmenden, axialen Magnetfeldes zur Extraktion hin selektiv beschleunigt werden.