JP2001042099A

JP2001042099A - 高周波負イオン源

Info

Publication number: JP2001042099A
Application number: JP11213708A
Authority: JP
Inventors: Shiro Asano; 野史朗浅; Toshihisa Okuyama; 山利久奥
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】大電力放電が可能で、しかも、負イオンの生
成効率の高い高周波負イオン源を提供すること。【解決手段】本発明の高周波負イオン源４０は、放電
容器１と、放電容器１を真空に排気する手段と、放電容
器１に放電のための原料ガスを供給する手段１１とを備
える。放電容器１の内部には、複数の誘導アンテナ１０
が設けられ、各誘導アンテナ１０には、放電容器１内に
放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘導アン
テナ１０に供給する高周波電源３２が接続される。放電
容器１の壁面には、負イオン加速用の加速電極４が形成
され、加速電極には、放電プラズマから負イオンを引き
出すためビーム引き出し孔５が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負イオンビームを
発生する高周波負イオン源およびそれを具備した中性粒
子入射装置に係り、とりわけ、大電力放電が可能な高周
波負イオン源および中性粒子入射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波負イオン源は、１００ｋｅＶを超える高エネルギー領域において負イ
オンを中性ビームへ変換する変換効率が良好であるこ
と、放電プラズマ生成のために陰極フィラメントを必要と
しないこと、等の利点によって、プラズマ加熱のために
高エネルギーの原子ビームを必要とする核融合炉におい
て、中性粒子入射装置（ＮＢＩ：ＮｅｕｔｒａｌＢｅ
ａｍＩｎｊｅｃｔｏｒ）のイオン源として注目されてい
る。

【０００３】このような負イオン源の従来技術につい
て、図１５を用いて説明する。図１５は、Ｒｅｖｉｅｗ
ｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
ｓ６７（３），１９９６に記載されたような高周波負
イオン源の断面図である。

【０００４】図１５において、放電プラズマを内部に発
生させる放電容器５１は、上板５２と、４面の側壁５３
とからなり、底面が開口した方形の箱状容器である。そ
の底面の開口は、側板５３に絶縁材６９を介して取り付
けられた第１電極５４で閉塞されているが、第１電極５
４には負イオンの引き出し孔である多数の貫通孔５５が
設けられており、放電プラズマから負イオンを引き出せ
るようになっている。

【０００５】第１電極５４の外側には、第２電極５６、
第３電極５７がそれぞれ絶縁材６９を介し離隔して第１
電極５４と平行に配置されている。これらの第２、第３
電極５６、５７にも、多数の貫通孔５８、５９が、第１
電極５４の貫通孔５５に対向する配置で形成されてい
る。

【０００６】放電容器５１の内部には、単一の誘導アン
テナ６０が配設されている。上板５２には、放電容器５
１内に片端部が開口するガス導入口６１と、同じく放電
容器５１内に片端部が開口するアルカリ金属蒸気導入口
６８とが取り付けられている。

【０００７】上板５２の外面には、複数の角棒状の磁石
６２が平行に配設されている。各々の磁石６２は、上板
５２の外面に直角な方向に着磁され、隣接する磁石６２
どうしが異なる（逆向きの）極性となるように配列され
ている。

【０００８】更に、側壁５３の外面にも、複数の角棒状
の磁石６３が、水平方向にそれぞれ平行となるように、
また、側壁５３の外面に直角な方向に着磁され隣接する
ものが交互に異なる極性となるように、配列されてい
る。

【０００９】さらにまた、側壁５３の下部の外面には、
この外面に直角な方向で且つ隣接する磁石６３と異なる
極性で着磁され、磁石６３よりも残留磁束密度の大きい
フィルタ磁石６４が設けられている。

【００１０】各側壁の磁石６３、６４は、対向する側壁
の磁石６３、６４に対して、異なる磁極が向き合うよう
に配置されている。また、図１５に示すように、側壁５
３と上板５２との角部近傍の磁石６２、６３の箱内部側
の極性も、交互に異なるようになっている。

【００１１】なお、磁石６２、６３及びフィルタ磁石６
４による磁力線６５は、放電プラズマ閉じ込め磁界を形
成し、対向するフィルタ磁石６４による放電容器５１を
横切る磁力線７０は、磁気フィルタを形成する。この磁
気フィルタは、放電容器５１内を、上板５２側の第一室
６６と、第１電極５４側の第二室６７とに区画する。

【００１２】このような構成においては、いわゆる体積
生成法と呼ばれる方法によって負水素イオン（以下、Ｈ
⁻ と記す）が生成される。Ｈ⁻ の生成は、以下の２段
階の原子反応からなるとされている。

【００１３】Ｈ₂ ＋ｅ^-（ｆ） →Ｈ₂ ^*＋ｅ^- …（１）Ｈ₂ ^*＋ｅ^-（ｓ） →Ｈ^- ＋Ｈ …（２）（１）式で示されるように、水素ガス分子が数１０〜１
００ｅＶの高温電子ｅ⁻（ｆ）との衝突によって高振動
レベルに励起された後、（２）式で示されるように、引
き続いて１ｅＶ以下の低温電子ｅ⁻（ｓ）が解離的に
付着することによってＨ⁻ が生成される。

【００１４】大電流の負イオンビームを負イオン源から
発生させるためには、上記の反応に加えて、放電容器５
１内にアルカリ金属の蒸気を導入する表面生成法と呼ば
れる方法が併用される。この方法により放電容器５１に
導入されるアルカリ金属蒸気は、第１電極５４の表面に
付着して、電極表面の仕事関数を下げる働きをすると言
われている。このことによって、放電プラズマ中で生成
される正水素イオンや中性水素原子などが第１電極５４
と衝突して、第１電極５４から電子を受け取ってＨ⁻
が生成される。第１電極５４と第２電極５６との間に
は、放電容器５１内の放電プラズマからＨ⁻ を引き出
して加速するために、第２電極５６に対して負の電位を
第１電極５４に印加する引き出し電源７２が接続されて
おり、また、第２電極５６と第３電極５７との間には、
プラズマから引き出されたＨ⁻ を所定のエネルギーに
加速するために、第３電極５７に対して負の電位を第２
電極５６に印加する加速電源７３が接続されている。

【００１５】次に、このような構成からなる負イオン源
の動作について説明する。

【００１６】真空排気装置（図示せず）によって真空状
態にした放電容器５１に、アルカリ金属オーブン（図示
せず）で加熱・蒸気化したアルカリ金属をアルカリ金属
導入口６８から供給しておく。この状態で、ガス源（図
示せず）からガス導入口６１を介して水素ガスを供給
し、高周波電源（図示せず）により誘導アンテナ６０に
高周波電流を流す。これにより、誘導アンテナ６０から
電磁波が発生し、放電容器５１の第一室６６内に放電プ
ラズマが生成され、当該放電プラズマは磁石６２、６３
及び６４によって作られる磁場によって放電容器５１内
に閉じ込められる。

【００１７】生成された放電プラズマは、しかし、第二
室６７の方向に拡散する。ここで、プラズマが磁気フィ
ルタを横切って通過する際、プラズマ中の電子は、磁界
中のラーマ半径が小さいため磁気フィルタに捕捉され、
放電容器５１内に存在する水素ガスなどと衝突しながら
エネルギーを失い、第二室６７に到達する過程で低温の
電子になる。このようにして、第一室６６には水素分子
の励起に適した電子エネルギー分布を持つ高温プラズマ
が、第二室６７には励起水素分子の解離性付着反応を起
こすのに適した電子エネルギー分布を持つ低温プラズマ
が生成される。

【００１８】一方、磁界中での水素イオンのラーマ半径
は磁気フィルタの厚みに対して大きいため、水素イオン
は磁気フィルタを通り抜けて、そのまま第二室６７に移
動することができる。

【００１９】従って、第一室６６において高エネルギー
電子との衝突によって生成された振動励起水素分子が、
第二室６７で低温電子と衝突して解離性付着反応を起こ
し、Ｈ⁻ が形成される（（１）（２）式参照）。ま
た、放電容器５１に導入されたアルカリ金属蒸気が、第
１電極５４に付着して電極表面の仕事関数を下げている
ため、放電プラズマ中の正水素イオンや中性水素原子な
どが第１電極５４と衝突した際にもＨ⁻ が生成され
る。このように第二室６７で生成されたＨ⁻ は、引き
出し電源７２の作る電界によって第１電極５４の貫通孔
５５から引き出され、第２電極５６に到達して貫通孔５
８を通り、更に加速電源７３の作る電界により加速さ
れ、第３電極５７の貫通孔５９を通ってビームとして引
き出される。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法で数１０ｋＷを超えるような大電力放電を行
う場合、誘導アンテナ６０の両極に発生する高周波電圧
のために、放電プラズマと誘導アンテナ６０の間でいわ
ゆるアーキングが発生し、正常なプラズマ生成ができな
くなってしまうことがある。その場合、アーキングの発
生部に高周波電源から供給される電流が一挙に集中し、
結果的に誘導アンテナ６０の損傷及び溶融が発生する場
合もある。

【００２１】誘導アンテナ６０は、通常、中空のパイプ
形状のもので構成され、内部を水冷または空冷されてい
る。このため、アーキングによって誘導アンテナ６０が
損傷した場合、これらの冷却媒体が放電容器５１の内部
に漏れ出して内部を汚染してしまい、イオン源の稼働が
不可能となる可能性がある。

【００２２】また、単一の誘導アンテナの場合、高い高
周波電圧がプラズマに印加されることに起因して、放電
プラズマ中に必要以上に高エネルギーの電子成分が発生
し、それらの高エネルギー電子と生成された負イオンと
の衝突によって負イオンが崩壊するという現象があり、
負イオンの生成効率を下げてしまうという問題もある。

【００２３】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、大電力放電が可能で、しかも、負イオン
の生成効率の高い高周波負イオン源を提供することを目
的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、放電容器と、
放電容器を真空に排気する手段と、放電容器に放電のた
めの原料ガスを供給する手段と、放電容器内部に設けら
れた複数の誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続さ
れ、放電容器内に放電プラズマを生成するための高周波
電圧を各誘導アンテナに供給する高周波電源と、放電容
器の壁面に形成された負イオン加速用の加速電極と、放
電プラズマから負イオンを引き出すために加速電極に設
けられたビーム引き出し孔と、を備えたことを特徴とす
る高周波負イオン源である。

【００２５】本発明によれば、数１０ｋＷを超えるよう
な大電力放電を行う場合に、単一の誘導アンテナを用い
る場合と比べて、誘導アンテナの両極に発生する高周波
電圧を低くすることができるため、放電プラズマと誘導
アンテナとの間のアーキングの発生を抑制することがで
きる。

【００２６】更に、本発明によれば、誘導アンテナに印
加される高周波電圧が下がることに起因して、放電プラ
ズマ中に生成される必要以上に高エネルギーの電子成分
の発生が抑えられるため、負イオンの崩壊を抑制するこ
とができ、負イオンの生成効率が向上する。

【００２７】また本発明では、放電容器と、放電容器を
真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料ガ
スを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数の
誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容器
内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘導
アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に形
成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマか
ら負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビー
ム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源において、
複数の磁石が、各磁石の着磁方向が放電容器の壁面に対
して垂直で、かつ、隣接する磁石の極性が交互に異なる
ように、放電容器の周囲に間隔を空けて配置されて、放
電容器内部に形成された閉じた磁力線によって誘導アン
テナが囲まれていることを特徴とする。これにより、誘
導アンテナが磁力線によって囲まれていない場合と比較
して放電プラズマ中の電子温度を低くすることができる
ため負イオンの生成効率を向上させることができる。

【００２８】また本発明では、放電容器と、放電容器を
真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料ガ
スを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数の
誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容器
内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘導
アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に形
成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマか
ら負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビー
ム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源において、
誘導アンテナが加速電極に対して略平行に配置され、ビ
ーム引き出し孔は、加速電極のうち誘導アンテナに対向
する位置を除いた部分にのみ設けられていることを特徴
とする。これにより、加速電極で発生して放電容器の方
向に逆流してくる正イオンが誘導アンテナと衝突した場
合に起こりうる誘導アンテナのスパッタリングによる損
傷や二次電子の発生による異常放電が抑えられ高周波負
イオン源の信頼性を向上させることができる。

【００２９】また本発明では、放電容器と、放電容器を
真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料ガ
スを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数の
誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容器
内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘導
アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に形
成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマか
ら負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビー
ム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源において、
誘導アンテナが永久磁石を内蔵していることを特徴とす
る。これにより、誘導アンテナの近傍で発生する高エネ
ルギーの電子が誘導アンテナの周辺に形成される磁場に
捕捉されるため、放電の原料ガスの電離、励起を効率よ
く行うことができる。

【００３０】また、本発明では、放電容器と、放電容器
を真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料
ガスを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数
の誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容
器内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘
導アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に
形成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマ
から負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビ
ーム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源におい
て、放電容器内部にフィラメントが設置されていること
を特徴とする。これにより、誘導アンテナに高周波電流
を供給する寸前にフィラメントから電子を供給すること
によって原料ガスが電離されるため、低ガス圧領域にお
いて高周波放電を開始させることができる。

【００３１】また、本発明では、放電容器と、放電容器
を真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料
ガスを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数
の誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容
器内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘
導アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に
形成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマ
から負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビ
ーム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源におい
て、放電容器にレーザ光照射用窓が設けられていること
を特徴とする。これにより、誘導アンテナに高周波電流
を供給する寸前にレーザ光を放電容器壁面に照射するこ
とにより放出される光電子を供給することによって原料
ガスが電離されるため、低ガス圧領域において高周波放
電を開始させることができる。

【００３２】また本発明では、放電容器と、放電容器を
真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料ガ
スを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数の
誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容器
内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘導
アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に形
成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマか
ら負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビー
ム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源において、
高周波電源は単一の電源によって構成され高周波電源と
誘導アンテナとの間には単一の負荷整合器が設置されて
いることを特徴とする。これにより、単一の高周波電源
と単一の負荷整合器を使用して複数の誘導アンテナに供
給される高周波電力のすべてを制御できるため、電源構
成が簡便になり電源系に起因するトラブルを未然に防止
することができる。

【００３３】また本発明では、放電容器と、放電容器を
真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料ガ
スを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数の
誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容器
内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘導
アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に形
成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマか
ら負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビー
ム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源において、
高周波電源は単一の電源によって構成され高周波電源と
高周波電源と誘導アンテナの間には各誘導アンテナに対
応する複数の負荷整合器が設置されていることを特徴と
する。これにより、単一の高周波電源を用いるという電
源構成の簡便さを有しつつ、各誘導アンテナに対応した
負荷整合器を用いることにより各誘導アンテナの負荷条
件に応じて個別に負荷整合を行うことができるためプラ
ズマからの反射を最小にする等の制御を容易に行うこと
ができる。また、各負荷整合器の整合状態を変化させる
ことにより、各誘導アンテナへの供給電力を変化させ生
成プラズマの空間的な分布制御を行い、大型の放電容器
に対しても一様なプラズマ生成を達成することができ
る。

【００３４】また本発明では、放電容器と、放電容器を
真空に排気する手段と、放電容器に放電のための原料ガ
スを供給する手段と、放電容器内部に設けられた複数の
誘導アンテナと、各誘導アンテナに接続され、放電容器
内に放電プラズマを生成するための高周波電圧を各誘導
アンテナに供給する高周波電源と、放電容器の壁面に形
成された負イオン加速用の加速電極と、放電プラズマか
ら負イオンを引き出すために加速電極に設けられたビー
ム引き出し孔と、を備えた高周波負イオン源において、
各高周波電源が各誘導アンテナに対応する複数個の電源
によって構成されていることを特徴とする。これによ
り、各誘導アンテナを通してプラズマに供給される高周
波電力は各高周波電源の出力を変動させることによって
容易に変えることができるため、放電プラズマへの投入
電力の精密な分布制御が可能となり、大型の放電容器に
対しても一様なプラズマ生成を達成することができる。
また、各高周波電源から各誘導アンテナに同じ周波数の
高周波を供給した場合、同一規格の高周波電源、負荷整
合器を使用することができる等、構成が安価で単純にな
るという利点がある。更に、各高周波電源から異なる周
波数の高周波を供給した場合、放電容器内に生成される
プラズマの空間分布制御を行う際に有効な場合がある。

【００３５】また本発明では、複数の前記各高周波負イ
オン源を用いた中性粒子入射装置において各高周波負イ
オン源をパルス的に動作させると共に、それぞれの運転
周期に相互に時間差を置いて概定常なビームを発生する
よう制御する制御装置を備えたことを特徴とする。これ
により、各高周波負イオン源をパルス的に動作させるこ
とができるため、定常なビーム出力を得るために、イオ
ン源を定常動作させる方式の中性粒子入射装置でしばし
ば問題になる、放電容器や加速電極への熱流入による損
傷を防止することができる。また、各高周波負イオン源
に投入できる高周波電力を大きくでき、ビーム出力を大
きくすることも可能となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００３７】図１は、本発明の第１の実施の形態による
高周波負イオン源を示す概略斜視断面図であり、図２
（ａ）は、図１の高周波負イオン源の縦方向断面図であ
り、図２（ｂ）は、図１の高周波負イオン源の横方向断
面図である。

【００３８】図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すよ
うに、本発明の第１の実施の形態の高周波負イオン源４
０は、内部に放電プラズマを形成する放電容器１を備え
ている。

【００３９】本実施の形態の放電容器１は、上板２と、
４面の側壁３と、開口を有する底面とからなる方形の箱
状容器で構成されている。その底面の開口は、負イオン
を加速するための第１電極４（加速電極）で閉塞されて
おり、第１電極４には、放電プラズマから負イオンを引
き出すための貫通孔５（ビーム引き出し孔）が形成され
ている。

【００４０】第１電極４の外側には、第１電極４と同様
に加速電極として機能する第２電極６、第３電極７が、
それぞれ絶縁材１９を介し離隔して第１電極４と平行に
配置されている。これらの第２、第３電極６、７にも、
多数の貫通孔８、９が、第１電極４の貫通孔５に対向す
る配置で形成されている。

【００４１】放電容器１の内部には、６個の１ターンの
誘導アンテナ１０が配置されている。６個の誘導アンテ
ナ１０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、対
向する横長の一対の側壁３に、３個ずつ並列に取り付け
られている。各誘導アンテナ１０には、放電容器１内に
放電プラズマを生成するための高周波電圧を供給するた
めの高周波電源（図示せず）が接続されている。

【００４２】放電容器１には、放電容器１を真空に排気
する手段としての真空排気装置（図示せず）が接続され
ている。また放電容器１には、放電のための原料ガスを
供給する手段としてのガス導入口１１が接続されてい
る。本実施の形態のガス導入口１１は、上板２に設けら
れている。上板２には、放電容器１内に開口するアルカ
リ金属蒸気導入口１８も取付けられている。

【００４３】本実施の形態では、複数の角棒状の磁石１
２、１３、１４が、上板２及び側壁３の外側に間隔を空
けて配置されている。各磁石１２、１３、１４の着磁方
向は、それが配置される上板２または側壁３に対して垂
直で、かつ、隣接する磁石１２、１３、１４の極性が交
互に異なるようになっており、図２（ｂ）に示すよう
に、放電容器１内部に閉じた磁力線１５を形成してい
る。６個の誘導アンテナ１０は、前記磁力線によって囲
まれている。

【００４４】ここで、本実施の形態の磁石１２、１３、
１４の配置について、より詳細に説明する。

【００４５】上板２の外面に、複数の角棒状の磁石１２
が、放電容器１の横長方向に平行に配設されている。各
々の磁石１２は、上板２の外面に直角な方向に着磁さ
れ、隣接する磁石１２どうしが異なる（逆向きの）極性
となるように配列されている。

【００４６】側壁３の外面には、複数の角棒状の磁石１
３が、水平方向にそれぞれ平行となるように、また、側
壁３の外面に直角な方向に着磁され隣接するものが交互
に異なる極性となるように、配列されている。

【００４７】さらにまた、側壁３の下部の外面には、こ
の外面に直角な方向で且つ隣接する磁石１３と異なる極
性で着磁され、さらに磁石１３よりも残留磁束密度の大
きいフィルタ磁石１４が設けられている。各側壁３の磁
石１３、１４は、対向する側壁３の磁石１３、１４に対
して、異なる磁極が向き合うように配置されている。ま
た、図２（ｂ）に示すように、側壁３と上板２との角部
近傍の磁石１２、１３の箱内部側の極性も、交互に異な
るようになっている。

【００４８】なお、磁石１２、１３及びフィルタ磁石１
４による磁力線１５は、誘導アンテナ１０を取り囲む放
電プラズマ閉じ込め磁界を形成し、対向するフィルタ磁
石１４による放電容器１を横切る磁力線２０は、いわゆ
る磁気フィルタを形成する。この磁気フィルタは、放電
容器１内を、上板２側の第一室１６と、第１電極４側の
第二室１７とに区画する。

【００４９】このような構成においては、いわゆる体積
生成法と呼ばれる方法によって負水素イオン（以下、Ｈ
⁻ と記す）が生成される。Ｈ⁻ の生成は、以下の２段
階の原子反応からなるとされている。

【００５０】Ｈ₂ ＋ｅ^-（ｆ） →Ｈ₂ ^*＋ｅ^- …（１）Ｈ₂ ^*＋ｅ^-（ｓ） →Ｈ^- ＋Ｈ …（２）（１）式で示されるように、水素ガス分子が数１０〜１
００ｅＶの高温電子ｅ⁻（ｆ）との衝突によって高振動
レベルに励起された後、（２）式で示されるように、引
き続いて１ｅＶ以下の低温電子ｅ⁻（ｓ）が解離的に
付着することによってＨ⁻ が生成される。

【００５１】本実施の形態においては、大電流の負イオ
ンビームを負イオン源から発生させるため、上記の反応
に加えて、放電容器１内にアルカリ金属の蒸気を導入す
る表面生成法と呼ばれる方法を併用している。この方法
により放電容器１に導入されるアルカリ金属蒸気は、第
１電極４の表面に付着して、電極表面の仕事関数を下げ
る働きをすると言われている。このことによって、放電
プラズマ中で生成される正水素イオンや中性水素原子な
どが第１電極４と衝突して、第１電極４から電子を受け
取ってＨ⁻ が生成される。

【００５２】第１電極４と第２電極６との間には、放電
容器１内の放電プラズマからＨ⁻を引き出して加速する
ために、第２電極６に対して負の電位を第１電極４に印
加する引き出し電源２２が接続されている。また、第２
電極６と第３電極７との間には、プラズマから引き出さ
れたＨ⁻ を所定のエネルギーに加速するために、第３
電極７に対して負の電位を第２電極６に印加する加速電
源２３が接続されている。

【００５３】次に、このような構成よりなる本実施の形
態の作用について説明する。

【００５４】真空排気装置（図示せず）によって真空状
態にした放電容器１に、アルカリ金属オーブン（図示せ
ず）で加熱・蒸気化したアルカリ金属をアルカリ金属導
入口１８から供給しておく。この状態で、ガス源（図示
せず）からガス導入口１１を介して水素ガスを供給し、
高周波電源（図示せず）により誘導アンテナ１０に高周
波電流を流す。これにより、誘導アンテナ１０から電磁
波が発生し、放電容器１の第一室１６内に放電プラズマ
が生成され、当該放電プラズマは磁石１２、１３及び１
４によって作られる磁場によって放電容器１内に閉じ込
められる。

【００５５】この際、６個の誘導アンテナ１０を放電容
器１の内部に設置しているため、１００ｋＷレベルの大
電力放電を行う場合でも、各誘導アンテナ１０の両端に
発生する高周波電圧は小さく、単一の誘導アンテナを用
いた場合のようなアーキングの発生が抑えられて大電力
放電が可能となる。

【００５６】生成された放電プラズマは、第二室１７の
方向に拡散する。ここで、プラズマが磁気フィルタを横
切って通過する際、プラズマ中の電子は、磁界中のラー
マ半径が小さいため磁気フィルタに捕捉され、放電容器
１内に存在する水素ガスなどと衝突しながらエネルギー
を失い、第二室１７に到達する過程で低温の電子にな
る。このようにして、第一室１６には水素分子の励起に
適した電子エネルギー分布を持つ高温プラズマが、第二
室１７には励起水素分子の解離性付着反応を起こすのに
適した電子エネルギー分布を持つ低温プラズマが生成さ
れる。

【００５７】一方、磁界中での水素イオンのラーマ半径
は磁気フィルタの厚みに対して大きいため、水素イオン
は磁気フィルタを通り抜けて、そのまま第二室１７に移
動することができる。

【００５８】従って、第一室１６において高エネルギー
電子との衝突によって生成された振動励起水素分子が、
第二室１７で低温電子と衝突して解離性付着反応を起こ
し、Ｈ⁻ が形成される（（１）（２）式参照）。ま
た、放電容器１に導入されたアルカリ金属蒸気が、第１
電極４に付着して電極表面の仕事関数を下げているた
め、放電プラズマ中の正水素イオンや中性水素原子など
が第１電極４と衝突した際にもＨ⁻ が生成される。こ
こで、誘導アンテナ１０に印加される高周波電圧が下が
ることにより、必要以上に高エネルギーの電子成分の生
成が抑えられるため、負イオンの崩壊も抑制され得る。

【００５９】このように第二室１７で生成されたＨ⁻
は、引き出し電源２２の作る電界によって第１電極４の
貫通孔５から引き出され、第２電極６に到達して貫通孔
８を通り、更に加速電源２３の作る電界により加速さ
れ、第３電極７の貫通孔９を通ってビームとして引き出
される。

【００６０】以上のように、本実施の形態によれば、各
誘導アンテナ１０の両端に発生する高周波電圧が小さ
く、単一の誘導アンテナを用いた場合のようなアーキン
グの発生が抑えられるため、大電力放電が可能となる。

【００６１】また、本実施の形態によれば、誘導アンテ
ナ１０に印加される高周波電圧が下がることによって必
要以上に高エネルギーの電子成分の生成が抑えられるた
め、負イオンの崩壊が抑制され、負イオンの生成効率が
向上する。

【００６２】次に、本発明の第２の実施の形態の高周波
負イオン源について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用い
て説明する。図３（ａ）は、第２の実施の形態の高周波
負イオン源の概略平面断面図であり、図３（ｂ）は、第
２の実施の形態の高周波負イオン源の概略側面図であ
る。

【００６３】図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、
本実施の形態の高周波負イオン源４０は、６個の誘導ア
ンテナ１０が側壁３に支持されている代わりに、３個の
１ターンの誘導アンテナ１０が上面２に並列に吊り下げ
られている他は、図１及び図２に示す第１の実施の形態
の高周波負イオン源と略同様の構成である。第２の実施
の形態において、図１及び図２に示す第１の実施の形態
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。

【００６４】本実施の形態においても、１００ｋＷレベ
ルの大電力放電を行う場合でも各誘導アンテナ１０の両
端に発生する高周波電圧が小さく、単一の誘導アンテナ
を用いた場合のようなアーキングの発生が抑えられるた
め、大電力放電が可能となる。

【００６５】また、誘導アンテナ１０に印加される高周
波電圧が下がることによって必要以上に高エネルギーの
電子成分の生成が抑えられるため、負イオンの崩壊が抑
制され、負イオンの生成効率が向上する。

【００６６】なお、以上の第１の実施の形態及び第２の
実施の形態では、１ターンの誘導アンテナ１０を対向す
る側壁３に３個ずつ、あるいは上板２に３個設置してい
るが、誘導アンテナ１０の設置態様は特に限定されな
い。例えば、誘導アンテナ１０のターン数、設置個数
（但し、少なくとも２以上）は任意である。また、誘導
アンテナ１０の設置位置も任意であり、例えば、側壁３
または上板２、あるいは側壁３と上板２の双方に設置さ
れ得る。

【００６７】次に、本発明の第３の実施の形態の高周波
負イオン源について、図４、図５（ａ）及び図５（ｂ）
を用いて説明する。図４は、第３の実施の形態の高周波
負イオン源の概略斜視断面図であり、図５（ａ）は、図
４の高周波負イオン源の縦方向（図４のＡ方向）断面図
であり、図５（ｂ）は、図４の高周波負イオン源の横方
向（図４のＢ方向）断面図である。

【００６８】図４、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すよ
うに、本実施の形態の高周波負イオン源４０は、６個の
誘導アンテナ１０が側壁３に支持されている代わりに、
２個の１ターンの誘導アンテナ１０が上面２に並列に吊
り下げられて、第１電極４に対して略平行に配置されて
いる。また、第１電極４、第２電極６及び第３電極７
は、いずれも２枚の分割電極によって構成されている。
そして、各電極４、６、７の貫通孔５、８、９は、誘導
アンテナ１０に対向する位置（下方への延長位置）を除
いた部分にのみ設けられている。

【００６９】本実施の形態の誘導アンテナ１０は、それ
ぞれ、２枚に分割された第１電極４の境目の部分と側壁
３近傍の第１電極４の端縁部分との鉛直上方の領域に設
置されている。これに伴い、貫通孔５、８、９も、２枚
の第１電極４の境目の部分及び側壁３近傍の端縁部分に
は設けられていない。

【００７０】その他の構成は、図１及び図２に示す第１
の実施の形態の高周波負イオン源と略同様の構成であ
る。第３の実施の形態において、図１及び図２に示す第
１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

【００７１】本実施の形態においても、第二室１７で生
成されたＨ⁻ が、引き出し電源２２の作る電界によっ
て第１電極４の貫通孔５から引き出され、第２電極６に
到達して貫通孔８を通り、更に加速電源２３の作る電界
により加速され、第３電極７の貫通孔９を通ってビーム
として引き出される。

【００７２】この際にＨ⁻ は、加速される過程で放電
容器１から漏れ出す水素ガス分子と衝突して電離し、正
水素イオン（Ｈ^＋）を発生させ得る。このＨ^＋は、図
５において矢印で示すように、Ｈ⁻ が加速される方向
とは逆方向に加速され、貫通孔（ビーム引き出し孔）８
及び５を通り抜け、放電容器１内をそのまま直進する。

【００７３】本実施の形態では、誘導アンテナ１０が、
貫通孔５、８、９が穿孔されていない部分の上方延長上
の領域に設置されているため、逆流したＨ^＋が誘導ア
ンテナ１０と衝突した場合に起こりうる誘導アンテナ１
０のスパッタリングによる損傷や二次電子の発生による
異常放電が抑えられ、高周波負イオン源の信頼性が向上
する。

【００７４】次に、本発明の第４の実施の形態の高周波
負イオン源について、図６を用いて説明する。図６は、
第４の実施の形態の高周波負イオン源の横方向断面図で
ある。

【００７５】図６に示すように、本実施の形態の高周波
負イオン源４０は、放電容器１の周囲に配置される磁石
１２、１３の数が多くなっており、上板２の中央部近傍
の一対の磁石１２が、着磁方向により長い中央磁石２４
に置換されている他は、図１及び図２に示す第１の実施
の形態の高周波負イオン源と略同様の構成である。第４
の実施の形態において、図１及び図２に示す第１の実施
の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明
は省略する。

【００７６】中央磁石２４は、磁石１２よりも残留磁束
密度が大きくなっており、同じく残留磁束密度の大きい
フィルタ磁石１４との間に磁力線２１を形成している。
磁力線２１は、側壁３及び上板２と共に、６個の誘導ア
ンテナ１０を包囲するようになっている。

【００７７】本実施の形態においては、生成された放電
プラズマが第二室１７の方向に拡散する際に、まず磁力
線２１を横切る。プラズマが磁力線２１（磁気フィルタ
として機能する）を横切って通過する際、プラズマ中の
電子は、磁界中のラーマ半径が小さいため磁場（磁気フ
ィルタ）に捕捉され、放電容器１内に存在する水素ガス
などと衝突しながらエネルギーを失い、低温の電子にな
る。

【００７８】次に放電プラズマは、磁力線２０（磁気フ
ィルタ）を横切る。この際にも、プラズマ中の電子は磁
気フィルタに捕捉され、エネルギーを失ってさらに低温
の電子になる。すなわち、本実施の形態では、２段階の
磁気フィルタが機能する。

【００７９】本実施の形態によれば、２段階の磁気フィ
ルタが機能することにより、負イオンの生成効率が更に
向上する。

【００８０】次に、本発明の第５の実施の形態の高周波
負イオン源について、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用い
て説明する。図７（ａ）は、第５の実施の形態の高周波
負イオン源の概略斜視断面図であり、図７（ｂ）は、第
５の実施の形態の高周波負イオン源の横方向断面図であ
る。

【００８１】図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、
本実施の形態の高周波負イオン源４０は、６個の誘導ア
ンテナ１０が側壁３に支持されている代わりに、２個の
１ターンの誘導アンテナ１０が上面２に並列に吊り下げ
られて、第１電極４に対して略平行になっている。ま
た、第１電極４、第２電極６及び第３電極７は、いずれ
も２枚の分割電極によって構成されている。そして、誘
導アンテナ１０には、内蔵磁石３３が内蔵されている。

【００８２】その他の構成は、図１及び図２に示す第１
の実施の形態の高周波負イオン源と略同様の構成であ
る。第５の実施の形態において、図１及び図２に示す第
１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

【００８３】なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）におい
て、第２電極６及び第３電極７は図示を省略されてい
る。

【００８４】各誘導アンテナ１０が内蔵する内蔵磁石３
３は、その配置位置に近い方の側壁３に設けられたフィ
ルタ磁石１４の着磁方向と同方向に着磁されている。従
って、近接する内蔵磁石３３とフィルタ磁石１４とは、
相互に極性の異なる磁極が向き合っている。

【００８５】内蔵磁石３３とフィルタ磁石１４との間に
は、磁力線３４が形成され、内蔵磁石３３同士の間に
は、磁力線３５が形成され、それぞれ磁気フィルタとし
て機能するようになっている。

【００８６】本実施の形態によれば、高周波電源（図示
せず）により誘導アンテナ１０に高周波電流が流される
際に、高エネルギーの電子が磁力線３４による磁気フィ
ルタ及び磁力線３５による磁気フィルタに捕捉される。
このため、誘導アンテナから発生する電磁波によって、
水素ガスの電離、励起が更に効率よく行われる。

【００８７】次に、本発明の第６の実施の形態の高周波
負イオン源について、図８を用いて説明する。図８は、
第６の実施の形態の高周波負イオン源の概略斜視断面図
である。

【００８８】図８に示すように、本実施の形態の高周波
負イオン源４０は、放電容器１の内部にフィラメント３
６が配置されている他は、図１及び図２に示す第１の実
施の形態の高周波負イオン源と略同様の構成である。第
６の実施の形態において、図１及び図２に示す第１の実
施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説
明は省略する。

【００８９】本実施の形態では、各誘導アンテナ１０に
対応して、６個のフィラメント３６が各誘導アンテナ１
０の近傍に配置されている。各フィラメント３６は、フ
ィラメント電源３６ａに接続されており、フィラメント
電源３６ａの作動によって加熱され得るようになってい
る。また、各フィラメント３６と放電容器１との間には
補助アーク電源３６ｂが設けられており、フィラメント
３６を陰極、放電容器１と陽極とする放電の発生が可能
になっている。

【００９０】本実施の形態においては、高周波電源によ
って誘導アンテナ１０に高周波電流を流す寸前に、フィ
ラメント電源３６ａによりフィラメント３６に電流を流
してフィラメント３６を加熱し、また、補助アーク電源
３６ｂを用いてフィラメント３６を陰極、放電容器１を
陽極とする放電を起こす。しかる後に、誘導アンテナ１
０に高周波電流を流すことによって放電プラズマを生成
する。このような方法を採用することにより、低ガス圧
領域において高周波放電を開始させることが可能とな
る。

【００９１】以上のように、本実施の形態によれば、低
ガス圧領域において高周波放電を開始させることができ
る。

【００９２】次に、本発明の第７の実施の形態の高周波
負イオン源について、図９を用いて説明する。図９は、
第７の実施の形態の高周波負イオン源の概略斜視断面図
である。

【００９３】図９に示すように、本実施の形態の高周波
負イオン源４０は、放電容器１の側壁３にレーザ光照射
用窓３７が配置されている他は、図１及び図２に示す第
１の実施の形態の高周波負イオン源と略同様の構成であ
る。第７の実施の形態において、図１及び図２に示す第
１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

【００９４】本実施の形態では、各誘導アンテナ１０に
対応して、６個のレーザ光照射用窓３７が各誘導アンテ
ナ１０の近傍に配置されている。各レーザ光照射用窓３
７の外側にはレーザ３８が配置され、レーザ３８のレー
ザ光がレーザ光照射用窓３７を通って放電容器１内の各
誘導アンテナ１０の近傍に至るようになっている。

【００９５】本実施の形態においては、高周波電源によ
って誘導アンテナ１０に高周波電流を流す寸前に、レー
ザ光照射用窓３７を通してレーザ３８からのレーザ光を
放電容器１内に照射する。放電容器１の壁面にはアルカ
リ金属蒸気が付着していて、壁面の仕事関数が下げられ
ているため、レーザ光の照射によって光電子が放出され
る。しかる後に誘導アンテナ１０に高周波電流を流す
と、誘導アンテナ１０から電磁波が放射されて光電子が
高エネルギーに加速され、水素ガスとの衝突によって放
電プラズマが効果的に生成される。このような方法を採
用することにより、低ガス圧領域において高周波放電を
開始させることが可能となる。

【００９６】以上のように、本実施の形態によれば、低
ガス圧領域において高周波放電を開始させることができ
る。

【００９７】次に、本発明の第８の実施の形態の高周波
負イオン源について、図１０を用いて説明する。図１０
は、第８の実施の形態の高周波負イオン源の概略断面図
である。

【００９８】図１０に示すように、本実施の形態の高周
波負イオン源４０は、高周波電源３２が単一の電源によ
って構成され、高周波電源３２と誘導アンテナ１０との
間に単一の負荷整合器３０が設置されている。

【００９９】本実施の形態の放電容器１は、全体を外導
体板２６によって覆われており、外導体板２６と放電容
器１の上板２及び側壁３との間の空間に、絶縁碍子２５
によって支持された内導体板２７が設置されている。各
誘導アンテナ１０は、一方の端子が外導体板２６に、他
方の端子が内導体板２７に接続されている。

【０１００】外導体板２６と内導体板２７とは、それぞ
れ、同軸形状をした外導体２８及び内導体２９を経由し
て負荷整合器３０に接続されている。放電プラズマを生
成するための高周波電力は、単一の高周波電源３２から
絶縁トランス３１を経由して、単一の負荷整合器３０に
供給されるようになっている。

【０１０１】その他の構成は、図１及び図２に示す第１
の実施の形態の高周波負イオン源と略同様の構成であ
る。第８の実施の形態において、図１及び図２に示す第
１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

【０１０２】本実施の形態においては、単一の高周波電
源３２から供給された高周波電力が、絶縁トランス３１
と単一の負荷整合器３０を経由して外導体板２６、内導
体板２７に供給され、更に各誘導アンテナ１０に分岐さ
れる。

【０１０３】この際、単一の高周波電源３２と単一の負
荷整合器３０を使用して複数の誘導アンテナ１０に供給
される高周波電力のすべてを制御できるため、電源構成
が簡便で、電源系に起因するトラブルを未然に有効に防
止できる。

【０１０４】また、放電容器１の全体が外導体板２６に
よって覆われているため、高周波電力は外導体板２６で
覆われた空間に閉じ込められて外部に漏れ出すことがな
く、高周波放電を用いる際に問題となる電磁ノイズの発
生などの問題が低減され得る。

【０１０５】以上のように、本実施の形態によれば、電
源系に起因するトラブルを未然に有効に防止できると共
に、電磁ノイズの発生などの問題が低減され得る。

【０１０６】次に、本発明の第９の実施の形態の高周波
負イオン源について、図１１を用いて説明する。図１１
は、第９の実施の形態の高周波負イオン源の電力供給系
の要部を示す構成概略図である。

【０１０７】図１１に示すように、本実施の形態の高周
波負イオン源４０は、高周波電源３２と誘導アンテナ１
０との間に、各誘導アンテナ１０に対応する複数の負荷
整合器３０が設置されている他は、図１０に示す第８の
実施の形態の高周波負イオン源と略同様の構成である。
第９の実施の形態において、図１０に示す第８の実施の
形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は
省略する。

【０１０８】本実施の形態においては、単一の高周波電
源３２から供給される高周波電力が、絶縁トランス３１
で複数の系統に分岐され、同軸形状をした外導体２８及
び内導体２９を経由して、各誘導アンテナ１０に対応し
た複数の負荷整合器３０を通り、各誘導アンテナ１０に
供給される。

【０１０９】この際、単一の高周波電源３２を用いると
いう電源構成の簡便さを有しつつ、各誘導アンテナに対
応した複数の負荷整合器３０を用いることにより、各誘
導アンテナ１０の負荷条件に応じて個別に負荷整合を行
うことができるため、プラズマからの反射電力を最小に
する等の制御を容易に行うことができる。

【０１１０】また、各負荷整合器３０の整合状態を変化
させることによって、各誘導アンテナ１０への供給電力
を変化させることもできる。このような方法によって、
生成プラズマの空間的な分布制御を行うことができるた
め、放電容器を大型にした場合でも、空間的に一様なプ
ラズマ生成を達成することができる。

【０１１１】以上のように、本実施の形態によれば、プ
ラズマからの反射電力を最小にする等の制御を容易に行
うことができると共に、放電容器を大型にした場合でも
空間的に一様なプラズマ生成を達成することができる。

【０１１２】次に、本発明の第１０の実施の形態の高周
波負イオン源について、図１２を用いて説明する。図１
２は、第１０の実施の形態の高周波負イオン源の電力供
給系の要部を示す構成概略図である。

【０１１３】図１２に示すように、本実施の形態の高周
波負イオン源４０は、各誘導アンテナ１０に対応して、
高周波電源３２、絶縁トランス３１及び負荷整合器３０
の組が個別に設けられている他は、図１０に示す第８の
実施の形態の高周波負イオン源と略同様の構成である。
第１０の実施の形態において、図１０に示す第８の実施
の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明
は省略する。

【０１１４】本実施の形態においては、各高周波電源３
２から供給される高周波電力が、各絶縁トランス３１及
び各負荷整合器３０を経由して、各誘導アンテナ１０に
供給される。

【０１１５】この際、各誘導アンテナ１０からプラズマ
への投入電力は、各高周波電源３２の出力を変動させる
ことによって容易に変えることができるため、各誘導ア
ンテナ１０への投入電力の精密な制御が可能で、生成プ
ラズマの空間的な分布制御を実施することができ、放電
容器を大型にした場合でも空間的に一様なプラズマ生成
を達成することができる。

【０１１６】以上のように、本実施の形態によれば、各
誘導アンテナ１０への投入電力の精密な制御が可能で、
放電容器を大型にした場合でも空間的に一様なプラズマ
生成を達成することができる。

【０１１７】以上の各実施の形態において、各誘導アン
テナ１０には同じ周波数の高周波が供給され得る。この
ような態様は、単一の高周波電源３２を使用する場合に
特に好ましいが、複数の高周波電源３２を使用する場合
であっても、同一規格の電源３２、絶縁トランス３１及
び負荷整合器３０を使用することができる等、構成が安
価で単純になるという利点がある。

【０１１８】一方、以上の各実施の形態において、各誘
導アンテナ１０に異なる周波数の高周波を供給すること
も可能である。このような態様は、放電容器１内に生成
されるプラズマの空間分布制御を行う際に有効な場合が
ある。

【０１１９】図１３は、本発明による高周波負イオン源
４０を複数個用いた中性粒子入射装置の構成概略図であ
る。図１３の中性粒子入射装置４５は、８個の高周波負
イオン源４０と、各高周波負イオン源４０を制御する制
御装置４１と、を備えている。

【０１２０】制御装置４１は、ＲＦ信号発生器４１ａ
と、ＲＦ信号発生器４１ａからの信号を各高周波負イオ
ン源４０の電源系統に振り分けて各高周波負イオン源４
０をパルス的に動作させるマイクロ波スイッチ４１ｂと
を有している。

【０１２１】各高周波負イオン源４０の電源系統は、信
号を所定の電力まで増幅するＲＦ増幅器４３を有してい
る。

【０１２２】次に、以上のような構成からなる中性粒子
入射装置４５の作用について、図１４を用いて説明す
る。

【０１２３】ＲＦ信号発生器４１ａで発生した信号は、
マイクロ波スイッチ４１ｂによって振り分けられて、各
高周波負イオン源４０の電源系統のＲＦ増幅器４３に送
られる。ＲＦ増幅器４３は、信号を所定の電力まで増幅
し、絶縁トランス３１、負荷整合器３０を介して誘導ア
ンテナ１０に供給する。

【０１２４】各高周波負イオン源４０は、図１４に示す
ように、パルス的に動作する。そこで、ある高周波負イ
オン源４０の運転パルスが終了した瞬間に、ＲＦ信号発
生器４１ａで発生させた信号を、マイクロ波スイッチ４
１ｂによって他の高周波負イオン源４０の電源系統へと
切り替える。図１３の中性粒子入射装置４５は、図１４
に示すように、パルス的に動作する複数の高周波負イオ
ン源４０をそれぞれの運転周期に相互に時間差を置くこ
とによって、概定常なビームを発生させることができ
る。

【０１２５】この際、各高周波負イオン源をパルス的に
動作させることができるため、定常なビーム出力を得る
ためにイオン源を定常運転する方式の中性粒子入射装置
でしばしば問題になる、放電容器や加速電極への熱流入
による損傷を防止することができる。また、各高周波負
イオン源に投入できる高周波電力を大きくでき、ビーム
出力を大きくすることも可能となる。

【０１２６】以上のように本実施の形態によれば、各高
周波負イオン源をパルス的に動作させながら定常なビー
ム出力を得ることができ、放電容器や加速電極への流入
熱を小さくでき、また、ビーム出力を大きくすることが
可能となる。

【０１２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、数１０
ｋＷを超えるような大電力放電を行う場合に、単一の誘
導アンテナを用いる場合と比べて、誘導アンテナの両極
に発生する高周波電圧を低くすることができるため、放
電プラズマと誘導アンテナとの間のアーキングの発生を
抑制することができる。

【０１２８】また、本発明によれば、誘導アンテナに印
加される高周波電圧が下がることに起因して、放電プラ
ズマ中に生成される必要以上に高エネルギーの電子成分
の発生が抑えられるため、負イオンの崩壊を抑制するこ
とができ、負イオンの生成効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による高周波負イオ
ン源を示す概略斜視断面図。

【図２】図１の高周波負イオン源の断面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態による高周波負イオ
ン源を示す断面図。

【図４】本発明の第３の実施の形態による高周波負イオ
ン源を示す概略斜視断面図。

【図５】図４の高周波負イオン源の断面図。

【図６】本発明の第４の実施の形態による高周波負イオ
ン源を示す断面図。

【図７】本発明の第５の実施の形態による高周波負イオ
ン源を示す概略図。

【図８】本発明の第６の実施の形態による高周波負イオ
ン源を示す概略斜視断面図。

【図９】本発明の第７の実施の形態による高周波負イオ
ン源を示す概略斜視断面図。

【図１０】本発明の第８の実施の形態による高周波負イ
オン源を示す構成概略図。

【図１１】本発明の第９の実施の形態による高周波負イ
オン源の電力供給系の要部を示す構成概略図。

【図１２】本発明の第１０の実施の形態による高周波負
イオン源の電力供給系の要部を示す構成概略図。

【図１３】本発明による高周波負イオン源を複数個用い
た中性粒子入射装置の一例を示す構成概略図。

【図１４】図１３の中性粒子入射装置の高周波負イオン
源の動作状態を説明する図。

【図１５】従来の高周波負イオン源を示す概略断面図。

【符号の説明】

１…放電容器，２…上板，３…側壁，４…第１電極，５
…貫通孔，６…第２電極，７…第３電極，８、９…貫通
孔，１０…誘導アンテナ，１１…ガス導入口，１２、１
３…磁石，１４…フィルタ磁石，１５…磁力線，１６…
第一室，１７…第二室，１８…アルカリ金属蒸気導入
口，２０、２１…磁力線，２２…引き出し電源，２３…
加速電源，２４…中央磁石，２５…絶縁硝子，２６…外
導体板，２７…内導体板，２８…外導体，２９…内導
体，３０…負荷整合器，３１…絶縁トランス，３２…高
周波電源，３３…内蔵磁石，３４、３５…磁力線，３６
…フィラメント，３６ａ…フィラメント電源，３６ｂ…
補助アーク電源，３７…レーザ光照射用窓，３８…レー
ザ，４０…高周波負イオン源，４１…制御装置，４１ａ
…ＲＦ信号発生器，４１ｂ…マイクロ波スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電容器と、放電容器を真空に排気する手
段と、放電容器に放電のための原料ガスを供給する手段
と、放電容器内部に設けられた複数の誘導アンテナと、
各誘導アンテナに接続され、放電容器内に放電プラズマ
を生成するための高周波電圧を各誘導アンテナに供給す
る高周波電源と、放電容器の壁面に形成された負イオン
加速用の加速電極と、放電プラズマから負イオンを引き
出すために加速電極に設けられたビーム引き出し孔と、
を備えたことを特徴とする高周波負イオン源。
【請求項２】複数の磁石が、各磁石の着磁方向が放電容
器の壁面に対して垂直で、かつ、隣接する磁石の極性が
交互に異なるように、放電容器の周囲に間隔を空けて配
置されて、放電容器内部に閉じた磁力線を形成し、誘導
アンテナは、前記磁力線によって囲まれていることを特
徴とする請求項１に記載の高周波負イオン源。
【請求項３】誘導アンテナは、加速電極に対して略平行
に配置され、ビーム引き出し孔は、加速電極のうち誘導
アンテナに対向する位置を除いた部分にのみ設けられて
いることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波
負イオン源。
【請求項４】誘導アンテナは、永久磁石を内蔵している
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高
周波負イオン源。
【請求項５】放電容器内部に、フィラメントが配置され
ていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載の高周波負イオン源。
【請求項６】放電容器に、レーザ光照射用窓が設けられ
ていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載の高周波負イオン源。
【請求項７】高周波電源は、単一の電源によって構成さ
れ、高周波電源と誘導アンテナとの間には、単一の負荷
整合器が設置されていることを特徴とする請求項１乃至
６のいずれかに記載の高周波負イオン源。
【請求項８】高周波電源は、単一の電源によって構成さ
れ、高周波電源と誘導アンテナとの間には、各誘導アン
テナに対応する複数の負荷整合器が設置されていること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高周波
負イオン源。
【請求項９】高周波電源は、各誘導アンテナに対応する
複数個の電源によって構成されていることを特徴とする
請求項１乃至６のいずれかに記載の高周波負イオン源。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の複数
の高周波負イオン源と、各高周波負イオン源を、パルス
的に動作させると共にそれぞれの運転周期に相互に時間
差を置いて概定常なビームを発生するよう制御する制御
装置と、を備えたことを特徴とする中性粒子入射装置。