EP0946961B1 - Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques - Google Patents

Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques Download PDF

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EP0946961B1
EP0946961B1 EP97952086A EP97952086A EP0946961B1 EP 0946961 B1 EP0946961 B1 EP 0946961B1 EP 97952086 A EP97952086 A EP 97952086A EP 97952086 A EP97952086 A EP 97952086A EP 0946961 B1 EP0946961 B1 EP 0946961B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
source
cyclotron
elements
magnetic field
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97952086A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0946961A1 (fr
Inventor
Jean-Yves Pacquet
Renan Leroy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

Definitions

  • the invention relates to the field of magnetic devices, for creating a magnetic field, in particular for application to a source ECR (electronic cyclotron resonance source). Such sources are used to produce ions.
  • ECR electronic cyclotron resonance source
  • Document FR-2,475,798 describes a method and a device for producing highly charged ions.
  • the device comprises a microwave cavity excited by at least one high frequency electromagnetic field.
  • This field is associated with a magnetic field whose amplitude is chosen so that the electronic cyclotron frequency, associated with said magnetic field, is equal to the frequency of the electromagnetic field established in the cavity.
  • B f .2 ⁇ m / e
  • m represents the mass of the electron, e the charge of the electron and f the frequency of the electromagnetic field.
  • Pairs of axial coils 14, 16 make it possible to produce the axial magnetic field.
  • the multipole radial magnetic field having zero amplitude in the center of the cavity, is created using bars 18 arranged parallel to each other.
  • the resulting magnetic field superimposed on the electromagnetic field HF allows electronic cyclotron resonance.
  • Bmin is the minimum field in the center of the magnetic mirror and Bmax is the highest closed surface that does not intercept the walls. It is therefore a good enclosure.
  • EP-138 642 also discloses a magnetic confinement structure (FIG. 2), in which solenoids 20 provide an axial field B a which is superimposed on a radial field B r generated by permanent magnets 22 mounted on the inner wall of FIG. A cylindrical carcass 24. The set of two solenoids is shielded by a ferromagnetic carcass 26. This type of device can magnetize a useful volume 28.
  • the device illustrated in FIG. 3 schematically represents a target-source set, called “Nanomafira”. This set is described in the paper by P. Sortais et al. "Developments of compact permanent ECRIS magnets", 12th International Workshop on ECR Ion Sources, April 25-27, 1995, Riken, Japan.
  • a set of magnets 32, 34, 36 is arranged around a zone 38 for confining the plasma and makes it possible to define an axial field.
  • a multipole structure 37 makes it possible to define a radial field which is superimposed on the axial field.
  • the UHF frequency to be used is low. Consequently, the magnetic field to be used is also weak (relation (1)).
  • the UHF frequency must be high. This implies the implementation, in the confinement volume, of a high modulus magnetic field.
  • Nanomafira source (described above) having a confined volume of diameter 26 mm and length 90 mm, only 55 ⁇ A of Ar 8+ ions and 3 ⁇ A of Ar ions can be produced. 11+ .
  • ECR sources have a well defined magnetic structure, and therefore a relatively narrow frequency range of use around a given center value.
  • these sources can operate around 2.5 GHz, or 6.5 GHz or 10 GHz, or 14 GHz, or 18 GHz. But they are not compatible with broadband use.
  • FIG. 4 schematically represents a sectional view of two plates 48, 50 of a cyclotron between which a magnetic field B is established.
  • the reference 52 designates a source of ECR ions and 56 denotes, schematically, a line of injection of the ions produced by the source 52, as well as means for adapting the beam for injection at the cyclotron inlet.
  • the particle beam 58 is deflected using electrostatic means 54. The beam can then be accelerated in microwave cavities. Due to its environment and its multipolar radial magnetic components, a conventional ECR source 52 can not be incorporated inside the cyclotron.
  • a side extraction source may be of interest for various applications, not just for cyclotron applications.
  • a side-extraction ion source partial or even 360 °, would be very interesting for the ion implantation technique.
  • the sources used for this technique have an extraction hole whose diameter is about 10 mm, which allows to have only one beam.
  • the principle of the extraction by a hole on the axis as well as the radial components of the field, created by the multipole system lead to inhomogeneities of the beam extracted from the source.
  • the subject of the invention is a device for generating a magnetic field B, comprising a multipole structure whose elements have polarities such that the vector sum of the fields created by each of these elements at each point of a space delimited by said elements allows defining at least one continuous and closed line of minima within an equimodule surface, closed in said space.
  • the closed module surface B f encompasses an interior volume where the magnetic field may, in particular, have a very low minimum B, unlike that which occurs in known ECR sources.
  • the maximum operating frequency is defined by the closed equimodule surface, for which the field is maximum and equal to
  • the maximum operating frequency
  • this type of device is easily adjustable and its volume can be adjusted: the increase in volume does not involve the implementation of magnetic means much more consistent. Indeed, in the device according to the invention, it is not necessary to create a large magnetic field away from the elements of the multipole structure: the magnetic field can decrease rapidly when one deviates from these elements.
  • the invention therefore relates in particular to a device capable of generating, in a cavity where an electromagnetic wave HF, a module magnetic field such as the electronic cyclotron frequency associated with this field, is injected by appropriate means.
  • magnetic equal to the frequency of the electromagnetic field, this on a closed magnetic sheet, so as to obtain ionization of the gas through and create a plasma, especially for producing ECR-type ion sources.
  • the invention proposes a multipole structure formed of elements having modules and polarities such as the resulting magnetic field at each point in the space they delimit, define at least one closed line of minima within a closed equimodule surface in space.
  • the invention relates to a device that is an ECR source having the features defined in claim 1.
  • the device according to the invention can be realized either with permanent magnets or with coils, or with a combination of the two.
  • the use of permanent magnets due to the existence of large flux of neutrons, or charged particles, or the use in a medium of excessive temperatures, etc. .
  • the use of coils allows an easy realization of the invention.
  • the magnetic means, alternating polarity, for forming an axial magnetic field may be in the form of rings juxtaposed next to each other.
  • the magnetic means, alternating polarity, for forming the radial magnetic structures can be in the form of rings nested in each other.
  • One or both radial structure (s) may have a central opening, allowing, in particular, the extraction of ions in a magnetic field having no multipolar radial component.
  • each set of N 2 magnetic means to form the radial structure, comprises N 2 magnetic means arranged coaxially around each other according to their diameter, either in the same plane, or slightly offset.
  • the subject of the invention is also an ECR source comprising a device for generating a magnetic field, as described above, the volume inside the multipolar structure defining a confinement enclosure for plasma, and means for disposing a target.
  • the subject of the invention is also an ion production process using such an ECR source.
  • the invention also relates to a method of operating a cyclotron, ions being injected into the cyclotron using an ECR source as described above.
  • the ECR source is disposed inside the cyclotron.
  • the invention also relates to a charged particle transport method, implementing a device according to the invention, comprising. N 1 magnetic means alternating polarity to form the axial magnetic structure, shaped rings, juxtaposed next to each other, two sets of N 2 magnetic means alternating polarity, to form the radial magnetic structures, the particles being transported from one end to the other of all the juxtaposed rings.
  • the invention also relates to a confined plasma pump comprising a device for generating a magnetic field, according to the invention, side means for injecting an HF radiation, connection means side to a volume to be pumped, and means extraction and neutralization of the pumped particles.
  • the device according to the invention can therefore be applied to a cyclotron, a plasma transfer line, a mass spectrometer or charge (where the ECR source according to the invention is associated with magnetic field scanning means in The area extraction), and a confined plasma pump where the ECR source according to the invention is associated with extraction optics and neutralization means.
  • references 62-1, ..., 62-4 designate 4 magnetic rings, alternating polarity, for forming the axial structure.
  • References 64-1, ..., 64-5 and 66-1, ..., 66-4, designate magnetic rings of two lateral sets, alternating polarity, for forming the radial magnetic structures.
  • the reference 68 designates an opening made in one of the side walls.
  • This device thus comprises two sets M 1 (64-1, ..., 64-5) and M 2 (66-1, ..., 66-4) constituting its ends, and a set M 3 (62-1 , ..., 62-4) lateral.
  • This system M 3 can be composed of a multipolar structure defined by sectors (and not only by rings) having a symmetry with respect to the axis of symmetry A of the device.
  • the magnetic assembly consisting of M 1 , M 2 and M 3 is a superposition of a radial multipole magnetic field with an axial multipole field.
  • the system M 3 may be composed of N ⁇ 0 rings positioned, or juxtaposed, next to each other, longitudinally, and having a radial or axial magnetization, with a polarity defined by their position in the system. These elements may have different sections, and, therefore, the size or the diameter of this set along the axis A may be variable.
  • the set obtained with M 1 , M 2 and M 3 then constitutes a single multipole.
  • FIG. 6 represents, in section, a magnetic device according to the invention, in the particular case where the system M 3 consists of a single ring.
  • the arrows represent the orientations of the polarities of the different magnetic elements.
  • the reference 70 designates the surface of equimodules
  • each of the lateral elements M 1 and M 2 has a central opening S 1 , S 2 .
  • these openings can make it possible to approach a carrier system of a target, and to have means for extracting the ions produced.
  • the two surfaces S 1 and S 2 are available for the various systems making it possible to control and use a plasma: HF injection, gas injection, oven, diagnostic means, injection of particles, cooling and pumping device, ...
  • an evaporation source may be very close to the plasma, and placed at various locations, on the axis A, at a openings S 1 or S 2 or on its periphery.
  • the evaporation source can have a large evaporation surface facing the plasma, and has a large solid angle with the zone. confined, which allows to obtain a good efficiency of ionization.
  • the emitance of the extracted beam then has a symmetry of revolution, thus facilitating its transport.
  • the radial magnetic components have a negligible influence on the axially extracted beam.
  • the extraction can also be performed on the periphery ("outer diameter") either partially in one place (mono-extraction) or in several places (multi-extractions) or on the entire periphery.
  • an opening made in the M 3 system laterally, does not disturb the confinement in this zone if the local fall of the field is remedied with the surrounding systems.
  • An example of lateral extraction in addition to axial extraction is also described below, in connection with FIGS. 10 to 12, in the context of another application.
  • a coil creating or modulating the field to the extraction offers the additional possibility of being pulsed between two values, thus adjusting the confinement time of an ion packet prior to its extraction.
  • the environment along the length L is completely clear, thus facilitating access to the confined area (UHF injection, gas inlet, oven, diagnostic means, target, charged particle injection, ion extraction, ... etc.).
  • FIG. 7 represents the magnetic field obtained with the aid of a device according to FIG. 6.
  • the curve in solid line represents the evolution, on both sides of the axis A, of the module
  • the curve in broken line represents the evolution, on both sides of the axis A, of the
  • FIG. 8 represents, for the same magnetic structure as that of FIG. 6, as well as the lines of magnetic equimodules.
  • the magnetic polarities of the multipole are chosen and oriented so that the vector sum of the fields created at each point, by each of these elements, leads to obtaining the closed line profile of minima
  • the reference 82 designates an equimodule surface
  • the maximum operating frequency for this type of source is defined by the closed surface of the module.
  • maximum field B f obtained inside the device (reference surface 82 in FIG. 8).
  • the magnetic field is maintained at this maximum value on this surface, and not in volume. Inside this surface, the magnetic field can decrease rapidly as one moves away from the walls 74, 76 and penetrates inside the confinement zone. This means that the same source can operate, without modification, at the frequency corresponding to B f and at low frequency, if a closed line of minima
  • magnets of a lower thickness than those used in conventional devices can generally be used.
  • distances between the two magnetic sets M 1 and M 2 may be greater; it is also possible to choose the polarities of the constituent elements of M 1 and M 2 so as to obtain between M 1 and M 2 a closed line of minima B consisting of points where the field modulus is low, or even zero.
  • the magnetic field modules, as well as the confined volume of such a source or of such a device, can be very variable.
  • To modify the volume it suffices to modify the number of elements, for example, in the case of FIGS. 6 and 8, according to one or other of the longitudinal or radial dimensions, or alternatively in both directions.
  • it suffices to double the longitudinal dimension of the system M 3 for example, to double the confined volume of the source.
  • the increase in weight of magnets is then only of the order of 15 to 20%. This increase in volume does not require a significant increase in the magnetic means, since the field is maintained at its maximum value only in the vicinity of the inner walls. of the device, and not inside a whole volume.
  • a closed surface of magnetic equimodules B f close to the wall is created, compatible with the chosen RF frequency, this magnetic field decreasing rapidly, moving away from the wall, to the closed surface or surfaces of equimodules B r , and then to the closed line or lines of minima B.
  • the invention makes it possible to obtain a large confined volume, inconceivable with the devices of the prior art, without necessarily requiring significant means to obtain it.
  • the source shown in FIG. 6 can operate without the magnetic means M 3 .
  • the source does not have multipolar radial field components, it can be installed in the center of a cyclotron, by modulating the field thereof with the systems M 1 and M 2 so as to obtain the so-called condition. closed line of minima B.
  • the extraction can then be provided by the end of an HF cavity.
  • cyclo-source The fact of suppressing the multipole radial field components in a device according to the invention also has an influence on the quality of the beam extracted on the axis.
  • this type of source having a dipolar magnetic field in the extraction zone, allows an analysis of the ions in integrated Q / M, this allows to select the mass and charging the ion by varying, for example, the extraction voltage for a physical disposition of the given extraction.
  • the reference 84 designates a device for generating a magnetic field, according to the invention: this device comprises a multipolar structure (by example of the juxtaposed rings) for defining a closed surface of equimodules B f , and at least one closed line of minima B inside this surface.
  • the multipole structure considered here is linear and created by the M 3 system.
  • the absence of the systems M 1 and M 2 is compensated by the ends of M 3 . This allows, thanks to the confined plasma, to transfer condensable materials, in the form of charged particles, from a location A 0 to a location A 1 .
  • a 0 are for example an HF injection and the, or the source (s) of production of particles, condensable or not.
  • the magnetic confinement satisfying the operating criteria of an ECR source, the particles are ionized, and can therefore be extracted at point A 1 for any use.
  • a plasma created by an ECR source is used, in order to ionize the particles coming from an enclosure in which we want to obtain a low pressure.
  • the particles are extracted from this source for bring to another enclosure, called neutralization, in which the pressure is higher.
  • This pump is constituted, as illustrated in Figure 10, an ECR source according to the invention.
  • a source makes it possible, as we have said, to confine the ions within a volume delimited by an equimodule surface B f .
  • the source represented in FIG. 10 carries two sets M 1 and M 2 defining a multipole structure.
  • M 3 is reconstituted by M 1 and M 2 (in particular, by the extreme rings).
  • the confined volume is delimited by a closed surface 86.
  • the reference 88 denotes a closed equimodule B r .
  • the peripheral part of this source can be used for the injection of an HF wave (arrow 90) and for pumping (arrow 92) from an enclosure to which the source is connected.
  • the reference 94 designates a grid, which surrounds the confinement zone, and which prevents the microwave wave from propagating towards the suction means.
  • the chamber also shown in Figure 12, is connected by a flange 106 to injection means of the RF wave (which may be a low-frequency wave, for example at 2.45 GHz), and by a flange 108 to enclosure in which the pumping must be ensured.
  • the RF wave which may be a low-frequency wave, for example at 2.45 GHz
  • the extraction system comprises electrodes 98 to which an extraction voltage is applied, an insulating ring 100, a neutralization block 102. This is optionally cooled if the energy of the ions to be neutralized is important.
  • This extraction system results in a flange for the discharge of the pump: the discharge is represented by an arrow 104 ( Figure 10).
  • a confined plasma pump is equipped with a suction flange, for pumping, with an area of 90cm 2 , which corresponds to a surface slightly greater than that of a standardized flange DN 100 .
  • the maximum value of electric current extracted from the source is one of the parameters of the pump making it possible to characterize its suction capacities.
  • the current to be extracted corresponds to the expected predictions, with an extraction hole diameter, by the ECR source, of about 2 mm, and a pressure of about 10 -3 mbar. If this pressure is higher, the electrical flow of the source, and thus the suction capacity of the pump, will increase within the operating limits of the source, and the conductance of the system.
  • the source will be adapted (RF power, RF frequency, diameter of the extraction hole, conductance of the connection flanges, source volume, the discharge pressure, etc ).
  • the pump does not fear vibration or shock, can operate in any position, and can be mounted and operate on a mobile assembly, even if this set is subjected to violent movements and accelerations.

Landscapes

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Description

    Domaine technique
  • L'invention concerne le domaine des dispositifs magnétiques, pour créer un champ magnétique, en particulier en vue d'une application à une source ECR (source à résonance cyclotronique électronique). De telles sources sont utilisées pour produire des ions.
  • Le document FR-2 475 798 décrit un procédé et un dispositif pour la production d'ions fortement chargés. Le dispositif comporte une cavité hyperfréquence excitée par au moins un champ électromagnétique de haute fréquence. Ce champ est associé à un champ magnétique dont l'amplitude est choisie de façon à ce que la fréquence cyclotronique électronique, associée audit champ magnétique, soit égale à la fréquence du champ électromagnétique établi dans la cavité. Il s'agit de la condition : B = f .2 πm / e
    Figure imgb0001
     où m représente la masse de l'électron, e la charge de l'électron et f la fréquence du champ électromagnétique.
  • Dans ce dispositif, le champ magnétique est constitué par la superposition :
    • d'un champ magnétique radial multipolaire, présentant une amplitude minimum dans la partie centrale de la cavité,
    • et d'un champ magnétique axial à symétrie de révolution, présentant un gradient suivant ledit axe, le champ magnétique total résultant étant réglé de façon à ce qu'il existe dans la cavité au moins une nappe magnétique complètement fermée, et n'ayant aucun contact avec les parois de la cavité. Sur cette nappe, la condition de résonance cyclotronique électronique est satisfaite de manière à obtenir une ionisation du gaz la traversant.
  • Le dispositif décrit dans ce document va être brièvement rappelé, en liaison avec la figure 1. Deux sources, non représentées, permettent d'envoyer du gaz ionisable par des conduits 2, 4 qui aboutissent à une enceinte de confinement 6, dans laquelle une pompe à vide permet de réaliser un vide poussé. Un champ électromagnétique est introduit par des guides d'onde 8, 10.
  • Des paires de bobines axiales 14, 16 permettent de produire le champ magnétique axial. Le champ magnétique radial multipolaire, présentant une amplitude nulle au centre de la cavité, est créé à l'aide de barres 18 disposées parallèlement les unes aux autres. Le champ magnétique résultant se superposant au champ électromagnétique HF permet la résonance cyclotronique électronique.
  • Un article de G. ZSCHORNACK et al. intitulé « A 14.6 GHz ECR ion source for atomic physics and materials research with highly charged slow ions » paru dans la « Review of Scientific Instrument » volume 63, 1992 mai, n°5, p. 3078-3083, décrit succinctement un autre exemple de réalisation du même type.
  • Il est expliqué à la jonction des colonnes 1 et 2 de la page 3078 que la fréquence microondes est de 14.6 GHz, pour une puissance de 2 KW. Le rapport Bmax/Bmin est d'environ 2. Bmin est le champ minimum au centre du miroir magnétique et Bmax est la surface fermée la plus haute qui n'intercepte pas les parois. Il s'agit donc bien d'une enceinte à minimum.
  • Le document EP-138 642 décrit également une structure magnétique de confinement (figure 2), dans laquelle des solénoïdes 20 fournissent un champ axial Ba qui se superpose à un champ radial Br engendré par des aimants permanents 22 montés sur la paroi intérieure d'une carcasse cylindrique 24. L'ensemble des deux solénoïdes est blindé par une carcasse ferromagnétique 26. Ce type de dispositif permet de magnétiser un volume utile 28.
  • Le dispositif illustré sur la figure 3 représente schématiquement un ensemble cible-source, dénommé "Nanomafira". Cet ensemble est décrit dans la Communication de P. Sortais et al. "Developments of compact permanent magnets ECRIS", 12th International Workshop on ECR Ion Sources, April 25-27, 1995, Riken, Japon. Un ensemble d'aimants 32, 34, 36 est disposé autour d'une zone 38 de confinement du plasma et permet de définir un champ axial. Une structure multipolaire 37 permet de définir un champ radial qui se superpose au champ axial.
  • Tous ces dispositifs ont en commun le fait de réaliser une magnétisation d'un certain volume, dit volume de confinement. Par expérience on sait que l'utilisation de chambres à plasma de grand volume permet l'accroissement des performances. Or, réaliser une chambre à plasma de grand volume nécessite de magnétiser un grand volume, et implique donc la mise en oeuvre de moyens magnétiques conséquents, ce qui implique l'utilisation d'une importante puissance électrique, ou l'utilisation d'une grande quantité d'aimants.
  • Par ailleurs, pour produire des ions monochargés, ou présentant de faibles états de charge, la fréquence UHF à mettre en oeuvre est faible. Par conséquent, le champ magnétique à mettre en oeuvre est, lui-aussi faible (relation (1)). Par contre, pour produire des ions multichargés, la fréquence UHF doit être élevée. Ceci implique la mise en oeuvre, dans le volume de confinement, d'un champ magnétique de module élevé.
  • A titre d'exemple, avec une source Nanomafira (décrite ci-dessus) présentant un volume confiné de diamètre 26 mm et de longueur 90 mm, on arrive à produire seulement 55 µA d'ions Ar8+ et 3 µA d'ions Ar11+.
  • Un autre inconvénient des sources ECR classiques est qu'elles ont une structure magnétique bien définie, et, par conséquent, une plage d'utilisation, en fréquence, assez étroite autour d'une valeur centrale donnée. Ainsi, ces sources peuvent fonctionner autour de 2,5 GHz, ou 6,5 GHz ou 10 GHz, ou 14 GHz, ou 18 GHz. Mais elles ne sont pas compatibles avec une utilisation en bande large.
  • Un autre inconvénient des sources ECR connues est qu'elles ne peuvent pas être installées au centre d'un cyclotron. La figure 4 représente schématiquement une vue en coupe de deux plaques 48, 50 d'un cyclotron entre lesquelles est établi un champ magnétique B. La référence 52 désigne une source d'ions ECR et la référence 56 désigne, schématiquement, une ligne d'injection des ions produits par la source 52, ainsi que des moyens d'adaptation du faisceau en vue de son injection à l'entrée du cyclotron. A l'intérieur de celui-ci, le faisceau de particule 58 est défléchi à l'aide de moyens 54 électrostatiques. Le faisceau peut ensuite être accéléré dans des cavités hyperfréquences. Du fait de son environnement et de ses composantes magnétiques radiales multipolaires, une source ECR classique 52 ne peut être incorporée à l'intérieur du cyclotron.
  • Un autre inconvénient des sources ECR classiques est la nécessité de réaliser une extraction du faisceau d'ions suivant l'axe de symétrie de la source, et uniquement suivant cet axe.
  • Or, si l'on souhaite coupler une source ECR dans un cyclotron, il est nécessaire de réaliser un dispositif à extraction latérale.
  • Par ailleurs, une source à extraction latérale peut présenter un intérêt pour diverses applications, et pas seulement pour les applications à un cyclotron. En particulier, une source d'ions à extraction latérale, partielle ou même sur 360°, serait très intéressante pour la technique d'implantation d'ions. Actuellement, les sources utilisées pour cette technique ont un trou d'extraction dont le diamètre est d'environ 10 mm, ce qui ne permet de disposer que d'un seul faisceau. Par ailleurs, le principe de l'extraction par un trou sur l'axe ainsi que les composantes radiales du champ, créés par le système multipolaire, entraînent des inhomogénéités du faisceau extrait de la source.
    • Exposé de l'invention
  • L'invention a pour objet un dispositif pour engendrer un champ magnétique B, comportant une structure multipolaire dont les éléments présentent des polarités telles que la somme vectorielle des champs créés par chacun de ces éléments en chaque point d'un espace délimité par lesdits éléments permette de définir au moins une ligne continue et fermée de minima à l'intérieur d'une surface d'équimodule, fermée dans ledit espace.
  • Dans l'invention, la surface fermée de module Bf englobe un volume intérieur où le champ magnétique peut, en particulier, présenter un minimum B très faible, au contraire de ce qui se produit dans les sources ECR connues.
  • Pour ce type de source, la fréquence de fonctionnement maximale est définie par la surface d'équimodule fermé, pour laquelle le champ est maximum et égal à |Bf|, obtenu à l'intérieur de la structure multipolaire. La même source peut donc fonctionner sans modification à basse fréquence f0, si une ligne fermée de minima |B0| est compatible avec cette fréquence, c'est-à-dire satisfait à la relation B0=f02πm/e. Le dispositif selon l'invention est donc compatible avec un fonctionnement en bande large.
  • De plus, ce type de dispositif est aisément modulable et son volume peut être ajusté : l'accroissement du volume n'entraîne pas la mise en oeuvre de moyens magnétiques beaucoup plus conséquents. En effet, dans le dispositif selon l'invention, il n'est pas nécessaire de créer un champ magnétique important loin des éléments de la structure multipolaire : le champ magnétique peut décroître rapidement lorsque l'on s'écarte de ces éléments.
  • L'invention concerne donc en particulier un dispositif apte à engendrer, dans une cavité où l'on injecte, à l'aide de moyens appropriés, une onde électromagnétique HF, un champ magnétique de module tel que la fréquence cyclotronique électronique associée à ce champ magnétique soit égale à la fréquence du champ électromagnétique, ceci sur une nappe magnétique fermée, de manière à obtenir une ionisation du gaz la traversant et à créer un plasma, notamment pour produire des sources d'ions de type ECR.
  • Pour augmenter le volume de la chambre à plasma d'une source d'ions sans moyens magnétiques trop importants, et/ou pour produire des ions multichargés, et/ou pour fonctionner dans une large plage d'utilisation en fréquence et/ou pour obtenir une source d'ions à extraction latérale (couplage source ECR - cyclotron, obtention de sources d'ions en nappe à haute densité, pour implantation ionique par exemple), l'invention propose une structure multipolaire formée d'éléments présentant des modules et des polarités tels que le champ magnétique résultant en chaque point de l'espace qu'ils délimitent, définisse au moins une ligne fermée de minima à l'intérieur d'une surface d'équimodule fermée dans l'espace. A toute ces fins, l'invention est relative à un dispositif qui est une source ECR présentant les caractéristiques définies dans la revendication 1.
  • Le dispositif selon l'invention peut être réalisé soit avec des aimants permanents, soit avec des bobines, ou encore avec une association des deux. Dans le cas où l'environnement du dispositif ne permet pas l'utilisation d'aimants permanents (du fait de l'existence de flux important de neutrons, ou de particules chargées, ou de l'utilisation dans un milieu de températures excessives, etc.), l'utilisation de bobines permet une réalisation aisée de l'invention.
  • Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte un ensemble multipolaire, décomposé en trois sous-ensembles et formé de N≥3 moyens magnétiques :
    • un ensemble de N1 moyens magnétiques, pour former une structure magnétique axiale,
    • deux ensembles de N2 moyens magnétiques, pour former les structures magnétiques radiales.
  • Les moyens magnétiques, à polarité alternée, permettant de former un champ magnétique axial, peuvent être en forme d'anneaux juxtaposés les uns à côté des autres.
  • Les moyens magnétiques, à polarité alternée, permettant de former les structures magnétiques radiales, peuvent être en forme d'anneaux emboîtés les uns dans les autres.
  • L'une, ou les deux, structure(s) radiale(s) peu(ven)t présenter une ouverture centrale, permettant, en particulier, l'extraction des ions dans un champ magnétique ne présentant pas de composante radiale multipolaire.
  • On peut également prévoir au moins une ouverture latérale sur la périphérie du dispositif : une telle mesure était difficile à réaliser dans les dispositifs de l'art antérieur, parce que la suppression d'une partie de la structure multipolaire radiale est très dommageable pour le confinement magnétique.
  • Selon une autre disposition, chaque ensemble de N2 moyens magnétiques, pour former la structure radiale, comporte N2 moyens magnétiques disposés coaxialement les uns autour des autres suivant leur diamètre, soit dans un même plan, soit légèrement décalés.
  • L'invention a également pour objet une source ECR comportant un dispositif pour engendrer un champ magnétique, tel que décrit ci-dessus, le volume intérieur à la structure multipolaire définissant une enceinte de confinement pour plasma, et des moyens pour disposer une cible.
  • L'invention a également pour objet un procédé de production d'ions mettant en oeuvre une telle source ECR.
  • L'invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d'un cyclotron, des ions étant injectés dans le cyclotron à l'aide d'une source ECR telle que décrite ci-dessus.
  • De manière avantageuse, la source ECR est disposée à l'intérieur du cyclotron.
  • L'invention a également pour objet un procédé de transport de particules chargées, mettant en oeuvre un dispositif selon l'invention, comportant. N1 moyens magnétiques à polarité alternée pour former la structure magnétique axiale, en forme d'anneaux, juxtaposés les uns à côté des autres, deux ensembles de N2 moyens magnétiques à polarité alternée, pour former les structures magnétiques radiales, les particules étant transportées d'une extrémité à l'autre de l'ensemble des anneaux juxtaposés.
  • L'invention a également pour objet une pompe à plasma confiné comportant un dispositif pour engendrer un champ magnétique, selon l'invention, des moyens latéraux pour injecter un rayonnement HF, des moyens latéraux de connexion à un volume à pomper, et des moyens d'extraction et neutralisation des particules pompées.
  • Le dispositif selon l'invention peut donc être appliqué à un cyclotron, à une ligne de transfert de plasma, à un spectromètre de masse ou de charge (où la source ECR selon l'invention est associée à des moyens de balayage de champ magnétique dans la zone d'extraction), et à une pompe à plasma confiné où la source ECR selon l'invention est associée à une optique d'extraction et à des moyens de neutralisation.
    • Brève description des figures
  • De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels :
    • les figures 1 à 3 représentent schématiquement des sources ECR de l'art antérieur,
    • la figure 4 représente schématiquement une source ECR couplée à un cyclotron,
    • la figure 5 représente un exemple de réalisation de l'invention,
    • la figure 6 est un cas particulier illustrant une application de l'invention,
    • la figure 7 représente l'évolution spatiale de champs magnétiques pour le dispositif de la figure 6,
    • la figure 8 représente la répartition des lignes d'équimodules magnétiques pour le dispositif de la figure 6,
    • la figure 9 représente une ligne de transport de particules à plasma confiné,
    • les figures 10 à 12 sont diverses représentations d'une pompe à plasma confiné selon l'invention.
    Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
  • Un premier exemple de réalisation de l'invention va être décrit en liaison avec la figure 5.
  • Sur cette figure, des références 62-1, ..., 62-4 désignent 4 anneaux magnétiques, à polarité alternée, permettant de former la structure axiale. Les références 64-1, ..., 64-5 et 66-1, ..., 66-4, désignent des anneaux magnétiques de deux ensembles latéraux, à polarité alternée, permettant de former les structures magnétiques radiales.
  • La référence 68 désigne une ouverture pratiquée dans une des parois latérales.
  • Ce dispositif comporte donc deux ensembles M1 (64-1, ..., 64-5) et M2 (66-1, ..., 66-4) constituant ses extrémités, et un ensemble M3 (62-1, ..., 62-4) latéral. Ce système M3 peut être composé par une structure multipolaire définie par des secteurs (et pas uniquement par des anneaux) présentant une symétrie par rapport à l'axe de symétrie A du dispositif. Dans le cas où, comme représenté sur la figure 5, l'un ou l'autre des systèmes M1, M2, ou les deux, sont constitués de plusieurs pôles, l'ensemble magnétique constitué par M1, M2 et M3 se présente comme une superposition d'un champ magnétique multipolaire radial avec un champ multipolaire axial.
  • Le système M3 peut être composé de N≥0 anneaux positionnés, ou juxtaposés, les uns à côtés des autres, longitudinalement, et présentant une aimantation radiale, ou axiale, avec une polarité définie par leur position dans le système. Ces éléments peuvent avoir des sections différentes, et, donc, la dimension ou le diamètre de cet ensemble suivant l'axe A peut être variable. L'ensemble obtenu avec M1, M2 et M3 constitue alors un seul multipôle.
  • Le volume obtenu, confiné par une enveloppe d'équimodules |Bf| constitué par l'ensemble magnétique des systèmes M1, M2 et M3 se présente alors comme une boîte magnétique "à ligne fermée de minima |B|".
  • La figure 6 représente, en coupe, un dispositif magnétique selon l'invention, dans le cas particulier où le système M3 est constitué d'un seul anneau. Les flèches représentent les orientations des polarités des différents éléments magnétiques. Sur cette figure, la référence 70 désigne la surface d'équimodules |Bf| à l'intérieur de laquelle on peut identifier une surface fermée d'équimodule Br 72. Sur cette figure, chacun des éléments latéraux M1 et M2 présente une ouverture centrale S1, S2. Dans le cadre de l'application à une source ECR, ces ouvertures peuvent permettre d'approcher un système porteur d'une cible, et de disposer des moyens d'extraction des ions produits. D'une manière générale, les deux surfaces S1 et S2 sont disponibles pour les divers systèmes permettant d'assurer le contrôle et l'utilisation d'un plasma : injection HF, injection de gaz, four, moyens de diagnostic, injection de particules, dispositif de refroidissement et de pompage, ...
  • En particulier, si la source ECR ainsi réalisée doit ioniser des éléments condensables (notamment, des métaux), une source d'évaporation peut être très proche du plasma, et placée à divers endroits, sur l'axe A, au niveau d'une des ouvertures S1 ou S2 ou sur sa périphérie. Dans ce cas, la source d'évaporation peut avoir une grande surface d'évaporation en regard du plasma, et présente un grand angle solide avec la zone confinée, ce qui permet d'obtenir une bonne efficacité d'ionisation.
  • Pour ce qui est de l'extraction, plusieurs solutions sont envisageables.
  • Si l'extraction est effectuée sur l'axe A (cas de la figure 6), et dans le cas où le confinement magnétique ne présente pas de composantes polaires radiales (les structures multipolaires radiales M3 ne sont plus nécessaires au confinement : cas du seul multipôle), l'émitance du faisceau extrait présente alors une symétrie de révolution, facilitant ainsi son transport.
  • Dans le cas d'une superposition d'un multipôle axial avec un multipôle radial, et si la dimension D (voir figure 6) est suffisamment importante, ce qui est particulièrement possible avec une source selon l'invention, les composantes magnétiques radiales auront une influence négligeable sur le faisceau extrait axialement.
  • L'extraction peut aussi être effectuée sur la périphérie ("diamètre" extérieur) soit partiellement en un endroit (mono-extraction) ou en plusieurs endroits (multi-extractions), soit sur la totalité de la périphérie. En effet, une ouverture pratiquée dans le système M3, latéralement, ne perturbe pas le confinement dans cette zone si on remédie à la baisse locale du champ avec les systèmes environnants. Un exemple d'extraction latérale en plus d'une extraction axiale est aussi décrit plus loin, en liaison avec les figures 10 à 12, dans le cadre d'une autre application.
  • Une bobine créant ou modulant le champ à l'extraction offre la possibilité supplémentaire d'être pulsée entre deux valeurs, ajustant ainsi le temps de confinement d'un paquet d'ions avant son extraction.
  • En ce qui concerne le dispositif des figures 5 et 6, on peut faire les remarques suivantes :
    • la dimension D de la source suivant un plan perpendiculaire à l'axe A ne dépend que de la surface et de la forme de chacun des deux ensembles M1 et M2 constituant les extrémités de la source,
    • la dimension L suivant l'axe A dépend de la longueur et de la géométrie du système M3,
    • les deux ensembles M1 et M2 peuvent être composés d'un ou de plusieurs éléments disposés coaxialement, les uns autour des autres suivant leur diamètre, soit dans un même plan, soit légèrement décalés.
  • Pour des longueurs L suffisamment courtes, le système M3 peut être constitué par un ensemble magnétique dont les éléments sont extérieurs à la dimension L, les éléments extrêmes M1 et M2 pouvant définir, ou bien participer à la définition, de ce système, sur la figure 10, le champ devant être créé par le système M3 est défini par les systèmes M1 et M2, dégageant ainsi toute la périphérie sur la longueur E(=L). Dans ce cas, l'environnement selon la longueur L est totalement dégagé, facilitant ainsi l'accès à la zone confinée (injection UHF, arrivée de gaz, four, moyens de diagnostic, cible, injection de particules chargées, extraction d'ions, ...etc.).
  • La figure 7 représente le champ magnétique obtenu à l'aide d'un dispositif selon la figure 6. La courbe en trait plein représente l'évolution, de part et d'autre de l'axe A, du module |B| à proximité de la surface intérieure 76 de l'ensemble M2 (voir figure 6). La courbe en trait interrompu représente l'évolution, de part et d'autre de l'axe A, du module |B| à mi-distance entre la surface 76 et la surface 74 (surface intérieure de l'ensemble M1 : voir figure 6). On voit, d'après cette figure 7, qu'un champ magnétique intense est obtenu au voisinage des surfaces des éléments M1 et M2, et qu'une configuration à deux lignes de minima est obtenue au centre. Dans les dispositifs classiques, un champ plus important est entretenu à l'intérieur de la surface 70.
  • La figure 8 représente, pour la même structure magnétique que celle de la figure 6, ainsi que les lignes d'équimodules magnétiques. Conformément à l'invention, les polarités magnétiques du multipôle sont choisies et orientées de manière à ce que la somme vectorielle des champs créés en chaque point, par chacun de ces éléments, conduise à obtenir le profil à ligne fermée de minima |B|. Sur la figure 8, la référence 82 désigne une surface d'équimodule |Bf| (module maximum du champ magnétique), tandis que les références 78 et 80 désignent des sections de tores définies par des valeurs inférieures de champ magnétiques. A l'intérieur de ces tores (78 et 80), sont définies des lignes fermées de minima. Dans l'exemple décrit sur la figure 8, le champ au centre du repère 80 est 20 fois inférieur au champ de la ligne 82. En fait, la fréquence de fonctionnement maximal pour ce type de source est définie par la surface fermée de module de champ maximum Bf obtenu à l'intérieur du dispositif (surface de référence 82 sur la figure 8). Le champ magnétique est maintenu à cette valeur maximale sur cette surface, et non pas en volume. A l'intérieur de cette surface, le champ magnétique peut décroître rapidement au fur et à mesure qu'on s'écarte des parois 74, 76 et qu'on pénètre à l'intérieur de la zone de confinement. Ceci signifie que la même source peut fonctionner, sans modification, à la fréquence correspondant à Bf et à basse fréquence, si une ligne fermée de minima |B| est compatible avec cette fréquence.
  • Pour obtenir une ligne fermée de minima B faible, on peut utiliser, d'une manière générale, des aimants d'épaisseur plus faible que ceux utilisés dans les dispositifs classiques. De plus, dans le cas des figures 6 et 8, des distances entre les deux ensembles magnétiques M1 et M2 peuvent être plus grandes ; on peut encore choisir les polarités des éléments constitutifs de M1 et M2 de façon à obtenir entre M1 et M2 une ligne fermée de minima B constituée de points où le module de champ est faible, voire nul.
  • Les modules de champ magnétique, ainsi que le volume confiné d'une telle source ou d'un tel dispositif, peuvent être très variables. Pour modifier le volume, il suffit de modifier le nombre d'éléments, par exemple, dans le cas des figures 6 et 8, suivant l'une ou l'autre des dimensions longitudinales ou radiales, ou bien encore suivant les deux directions. Ainsi, dans l'exemple des figures 6 et 8, il suffit de doubler la dimension longitudinale du système M3, par exemple, pour doubler le volume confiné de la source. L'augmentation en poids d'aimants n'est alors que de l'ordre de 15 à 20%. Cet accroissement du volume ne nécessite pas un accroissement important des moyens magnétiques, puisque le champ n'est maintenu à sa valeur maximale qu'au voisinage des parois intérieures du dispositif, et non pas à l'intérieur de tout un volume. Ainsi, dans le cas d'utilisation d'aimants permanents d'épaisseur faible, on crée une surface fermée d'équimodules magnétiques Bf près de la paroi, compatible avec la fréquence HF choisie, ce champ magnétique décroissant rapidement, en s'éloignant de la paroi, vers la ou les surfaces fermées d'équimodules Br, et ensuite vers la ou les lignes fermées de minima B.
  • Par conséquent, l'invention permet d'obtenir un important volume confiné, inconcevable avec les dispositifs de l'art antérieur, sans pour autant nécessiter d'importants moyens pour l'obtenir.
  • La source représentée sur la figure 6 peut fonctionner sans les moyens magnétiques M3. Dans ce cas, la source ne présentant pas de composantes de champ radial multipolaire, elle peut être installée au centre d'un cyclotron, en modulant le champ de celui-ci avec les systèmes M1 et M2 de façon à obtenir la condition dite de ligne fermée de minima B. L'extraction peut ensuite être assurée par l'extrémité d'une cavité HF. Ainsi, on peut construire sur ce principe un ensemble compact "cyclo-source". Le fait de supprimer les composantes de champ radiales multipolaires, dans un dispositif selon l'invention, a aussi une influence sur la qualité du faisceau extrait sur l'axe.
  • Suivant le même principe, et si l'extraction est radiale (sur la périphérie), ce type de source, présentant un champ magnétique dipolaire dans la zone d'extraction, permet une analyse des ions en Q/M intégrée, ceci permet donc de sélectionner la masse et la charge de l'ion en faisant varier, par exemple, la tension d'extraction pour une disposition physique de l'extraction donnée.
  • Une autre application d'un dispositif selon l'invention va être décrite en liaison avec la figure 9. Sur cette figure, la référence 84 désigne un dispositif pour engendrer un champ magnétique, selon l'invention : ce dispositif comporte une structure multipolaire (par exemple des anneaux juxtaposés) permettant de définir une surface fermée d'équimodules Bf, et au moins une ligne fermée de minima B à l'intérieur de cette surface. La structure multipolaire considérée est ici linéaire et créée par le système M3. L'absence des systèmes M1 et M2 est compensée par les extrémités de M3. Ceci permet, grâce au plasma confiné, de transférer des matières condensables, sous forme de particules chargées, d'un endroit A0 vers un endroit A1. En A0 se situent par exemple une injection HF et la, ou les, source(s) de production de particules, condensables ou non. Le confinement magnétique répondant aux critères de fonctionnement d'une source ECR, les particules sont ionisées, et peuvent donc être extraites au point A1 pour une utilisation quelconque.
  • Une autre application de l'invention va être décrite : il s'agit de la réalisation d'une pompe à plasma confiné.
  • Un plasma créé par une source ECR est utilisé, afin d'ioniser les particules provenant d'une enceinte dans laquelle on veut obtenir une basse pression. Les particules sont extraites de cette source pour les amener vers une autre enceinte, dite de neutralisation, dans laquelle la pression est plus élevée.
  • Cette pompe est constituée, comme illustré sur la figure 10, d'une source ECR selon l'invention. Une telle source permet, on l'a dit, de confiner les ions à l'intérieur d'un volume délimité par une surface d'équimodule Bf. Ainsi, la source représentée en figure 10 porte deux ensembles M1 et M2 définissant une structure multipolaire. M3 est reconstitué par M1 et M2 (en particulier, par les anneaux extrêmes). Le volume confiné est délimité par une surface fermée 86. La référence 88 désigne une fermée d'équimodule Br. La partie périphérique de cette source peut être utilisée pour l'injection d'une onde HF (flèche 90) et pour le pompage (flèche 92) à partir d'une enceinte à laquelle la source est raccordée. La référence 94 désigne une grille, qui entoure la zone de confinement, et qui empêche l'onde hyperfréquence de se propager vers les moyens d'aspiration.
  • La chambre, représentée également en figure 12, est raccordée par une bride 106 à des moyens d'injection de l'onde HF (qui peut être une onde basse fréquence, par exemple à 2,45GHz), et par une bride 108 à l'enceinte dans laquelle le pompage doit être assuré.
  • Par une ouverture 96 (figure 11), les ions sont extraits de la chambre. Le système d'extraction comporte des électrodes 98 auxquelles on applique une tension d'extraction, une bague isolante 100, un bloc de neutralisation 102. Celui-ci est, éventuellement, refroidi, si l'énergie des ions à neutraliser est importante. Ce système d'extraction aboutit à une bride destinée au refoulement de la pompe : le refoulement est représenté par une flèche 104 (figure 10).
  • A titre d'exemple, une pompe à plasma confiné est équipée d'une bride d'aspiration, pour le pompage, d'une surface de 90cm2, ce qui correspond à une surface légèrement supérieure à celle d'une bride normalisée DN 100.
  • La valeur maximum de courant électrique extrait de la source est un des paramètres de la pompe permettant de caractériser ses capacités d'aspiration.
  • Un débit de pompage à assurer de 100 litres/secondes à 10-5 mbar (1 litre/seconde ou 3,6 m3/heure à 10-3 mbar ou encore 3,6 litres/heure à 1 mbar), correspond à un courant extrait d'environ 4 mA (dans le cas d'ions monochargés, He+ par exemple).
  • Le courant devant être extrait correspond aux prévisions attendues, avec un diamètre de trou d'extraction, par la source ECR, d'environ 2 mm, et une pression d'environ 10-3 mbar. Si cette pression est plus élevée, le débit électrique de la source, et donc la capacité d'aspiration de la pompe, augmenteront dans les limites de fonctionnement de la source, et de conductance du système.
  • Pour des pressions limites ou des débits différents, on adaptera la source (puissance HF, fréquence HF, diamètre du trou d'extraction, conductance des brides de raccordement, volume de la source, pression au refoulement, etc...).
  • Une pompe selon l'invention présente les avantages suivants :
    • fonctionnement dans une grande plage de pressions,
    • absence de pièces mécaniques en mouvement,
    • absence de joints dans la structure mécanique interne de la pompe,
    • pas de régénération,
    • durée de vie illimitée,
    • entretien pratiquement nul,
    • absence d'agents lubrifiants,
    • analyse possible des différents éléments pompés,
    • pas d'électronique indispensable sur la pompe elle-même,
    • générateur HF pouvant être d'un prix modeste, par exemple si sa fréquence est de 2,45GHz,
    • coût de la pompe relativement faible,
    • absence de risques de détérioration, quelles que soient les manipulations, aérations, etc.,
  • De plus, la pompe ne craint pas les vibrations ni les chocs, peut fonctionner dans toutes les positions, et peut être montée et fonctionner sur un ensemble mobile, même si cet ensemble est soumis à des mouvements violents ainsi qu'à des accélérations.

Claims (12)

  1. Source à résonance cyclotronique électronique ayant :
    - des moyens magnétiques permettant d'engendrer un champ magnétique dans un espace délimité par ces moyens, l'espace ayant une direction axiale selon un axe AA et une direction radiale ;
    - des moyens d'injection d'une onde HF dans une cavité, l'onde HF et le champ magnétique créés par les moyens magnétiques assurant qu'une condition de résonance cyclotronique électronique est assurée dans la cavité ;
    - des moyens pour injecter des gaz dans la cavité ; source caractérisée en ce que les moyens magnétiques comprennent :
    - un premier ensemble de moyens magnétiques (M3) comprenant un nombre N1 d'éléments (62-1, 62-2, 62-3, 62-4), N1 étant un nombre entier ≥ 0, les N1 éléments formant ensemble une structure magnétique axiale ;
    - deux seconds ensembles de moyens magnétiques (M1, M2) comportant chacun N2 éléments (64-1....64-5 ; 66-1,....66-4) formant ensemble une structure magnétique radiale, ces éléments (64-1....64-5 ; 66-1,....66-4) étant en forme d'anneaux (64-1....64-5 ; 66-1,....66-4), les anneaux de chacun des sous-ensembles (M1, M2) étant emboîtés les uns dans les autres, et la somme vectorielle des champs créés par les premier (M3) et second (M1, M2) moyens magnétiques permet de définir au moins une ligne fermée de minima du module B de la somme vectorielle, à l'intérieur d'un ou plusieurs volume(s) intérieur(s) à la cavité et délimité(s) par des surfaces d'équimodule Bf du champ magnétique fermées dans l'espace.
  2. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premier et second moyens magnétiques (M1, M2,M3, 62-1....62-4 ; 64-1....64-5 ; 66-1....66-4) sont des aimants permanents.
  3. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premier et second moyens de génération de champs magnétiques (M1, M2,M3, 62-1....62-4 ; 64-1....64-5 ; 66-1....66-4) sont des bobines.
  4. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens magnétiques (M3, 62-1....62-4) formant ensemble la structure axiale (84) sont en forme d'anneaux (62-1....62-4) juxtaposés axialement les uns à côté des autres.
  5. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que les seconds moyens magnétiques (M1, M2, 64-1....64-5 ; 66-1....66-4) formant ensemble la structure radiale comportent une ouverture centrale (68, S1, S2, 96).
  6. Dispositif selon la revendication 1, les moyens magnétiques (62-1, 62-2, 62-3, 62-4 ; 64-1,... 64-5 ; 66-1, ... 66-4), présentant une ou plusieurs ouvertures centrales (68, 96, S1, S2).
  7. Dispositif selon la revendication 1, une ouverture latérale étant prévue à la périphérie de la source ECR (90, 92).
  8. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens (M3) sont constitués par N1 éléments magnétiques disposés coaxialement les uns autour des autres suivant leurs diamètres soit dans un même plan, soit légèrement décalés les uns par rapport aux autres.
  9. Procédé de fonctionnement d'un cyclotron, caractérisé en ce que des ions sont injectés dans le cyclotron à partir d'une source, selon l'une des revendications 1 à 8, placée à l'intérieur du cyclotron.
  10. Procédé de fonctionnement d'un cyclotron selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source est placée au centre du cyclotron.
  11. Procédé de transport de particules chargées, mettant en oeuvre une source selon la revendication 4, les particules étant transportées d'une extrémité à l'autre de l'ensemble des anneaux juxtaposés.
  12. Pompe à plasma confiné comportant une source selon la revendication 1, des moyens (108) de connexion à un volume à pomper et des moyens (98, 100, 102) d'extraction.
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