JP2838738B2 - Electron cyclotron resonance ion source - Google Patents
Electron cyclotron resonance ion sourceInfo
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、粒子加速器などに用い
られるイオン源に関するもので、特に、試料ガスを電子
サイクロトロン共振により電離させてイオンビームを得
るようにした電子サイクロトロン共振イオン源に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source used in a particle accelerator and the like, and more particularly to an electron cyclotron resonance ion source in which a sample gas is ionized by electron cyclotron resonance to obtain an ion beam. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】重い粒子を加速するためには、その粒子
の多価イオンを得ることが求められる。そのように中性
粒子からその粒子の多価イオンを生成することのできる
イオン源としては、例えば特開昭62−229641号公報に示
されているような電子サイクロトロン共振イオン源が知
られている。電子サイクロトロン共振イオン源は、電子
を含む試料ガスを高真空に保たれたチャンバ内に閉じ込
めておき、電子サイクロトロン共振により電子を高速に
加速して、その高速電子を試料ガスの粒子に衝突させる
ことによってその粒子を電離させるようにしたもので、
高速電子が試料ガスの粒子を構成する中性原子のまわり
の電子を複数個跳ね飛ばすことによって、多価のイオン
が形成される。したがって、試料ガスが確実に閉じ込め
られるようにして、高速電子が粒子に衝突する機会を多
くすれば、多価イオンが高い効率で生成されるようにな
る。2. Description of the Related Art In order to accelerate heavy particles, it is necessary to obtain multiply charged ions of the particles. As an ion source capable of generating multiply charged ions of such particles from neutral particles, for example, an electron cyclotron resonance ion source as disclosed in JP-A-62-229641 is known. . The electron cyclotron resonance ion source is used to confine a sample gas containing electrons in a chamber maintained in a high vacuum, accelerate the electrons at high speed by electron cyclotron resonance, and cause the high-speed electrons to collide with particles of the sample gas. Is to ionize the particles by
Multiply-charged ions are formed by the fast electrons bouncing off a plurality of electrons around neutral atoms constituting particles of the sample gas. Therefore, by ensuring that the sample gas is confined and increasing the chances of fast electrons colliding with the particles, multiply-charged ions can be generated with high efficiency.
【０００３】ところで、そのような電子サイクロトロン
共振を起こさせるためには、試料ガスが閉じ込められる
チャンバ内にマイクロ波が導入されるとともに、そのチ
ャンバ内に磁場が形成されるようにする必要がある。そ
のようにチャンバ内にマイクロ波が導入可能とされるた
めには、そのチャンバの少なくとも一部がマイクロ波に
対して透明とされていなければならない。また、そのチ
ャンバ内には試料ガスが導入されるようにする必要もあ
る。更に、生成されたイオンがそのチャンバ内から引き
出されるようにもされていなければならない。しかも、
加速された高速電子がチャンバの壁に衝突するとその電
子が減速を受けるので、その高速電子がチャンバの壁に
衝突することはないようにされる必要がある。そこで、
そのような電子サイクロトロン共振イオン源において
は、一般に、そのチャンバとしては両端が開いた円筒状
のものが用いられ、試料ガスはプラズマ状として閉じ込
められるようにされている。その場合、そのプラズマの
閉じ込めには磁場が用いられる。その磁場には、電子サ
イクロトロン共振を起こさせるための磁場が利用され
る。In order to cause such electron cyclotron resonance, it is necessary to introduce a microwave into a chamber in which a sample gas is confined and to form a magnetic field in the chamber. In order to be able to introduce microwaves into the chamber, at least a part of the chamber must be transparent to the microwave. It is also necessary to introduce a sample gas into the chamber. In addition, the generated ions must be extracted from the chamber. Moreover,
It is necessary to ensure that the accelerated high speed electrons do not hit the chamber wall because the electrons are decelerated when they hit the chamber wall. Therefore,
In such an electron cyclotron resonance ion source, generally, a cylindrical chamber having both ends open is used as a chamber, and a sample gas is confined in a plasma state. In that case, a magnetic field is used to confine the plasma. A magnetic field for causing electron cyclotron resonance is used as the magnetic field.
【０００４】そのような磁場が形成されるようにするた
めに、電子サイクロトロン共振イオン源には、円筒状プ
ラズマチャンバの径方向の磁場を形成する複数組の永久
磁石と、軸線方向の磁場を形成する一対のソレノイドコ
イルとが設けられる。その永久磁石はプラズマチャンバ
の外周に配置される。また、ソレノイドコイルは、外周
及び内外両側面が鉄ヨークによって取り囲まれるように
して保持され、プラズマチャンバの軸線方向に対して永
久磁石の両側に配置される。In order to generate such a magnetic field, an electron cyclotron resonance ion source is provided with a plurality of sets of permanent magnets for generating a radial magnetic field of a cylindrical plasma chamber and an axial magnetic field. And a pair of solenoid coils. The permanent magnet is arranged on the outer periphery of the plasma chamber. Further, the solenoid coil is held such that the outer periphery and the inner and outer side surfaces are surrounded by the iron yoke, and is disposed on both sides of the permanent magnet with respect to the axial direction of the plasma chamber.
【０００５】このような電子サイクロトロン共振イオン
源において、従来は、上記公報にも示されているよう
に、一対のソレノイドコイルを保持する鉄ヨークは全体
が一体のものとされていた。[0005] In such an electron cyclotron resonance ion source, the iron yoke holding a pair of solenoid coils has been integrally formed as a whole, as disclosed in the above-mentioned publication.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
電子サイクロトロン共振イオン源における一対のソレノ
イドコイルは、プラズマを閉じ込めるためのミラー磁場
を形成するものである。そして、そのミラー磁場のミラ
ー比はプラズマの閉じ込め、ひいては多価イオンの生成
効率に大きな影響を与える。また、プラズマチャンバ内
で生成されたイオンを引き出すときの引出しの容易さに
も影響を及ぼす。したがって、そのミラー比は可変とす
ることが望まれる。しかしながら、従来のように鉄ヨー
ク全体を一体としたものでは、その鉄ヨークに保持され
る一対のソレノイドコイルはプラズマチャンバに対して
一定の位置で固定されることになる。そのために、その
ソレノイドコイルによって形成されるミラー磁場のミラ
ー比はほぼ一定となり、そのミラー比を大幅に変えると
いうことはできない。Incidentally, a pair of solenoid coils in such an electron cyclotron resonance ion source form a mirror magnetic field for confining plasma. Then, the mirror ratio of the mirror magnetic field has a great effect on confinement of plasma and, consequently, on production efficiency of multiply-charged ions. It also affects the ease of extraction when extracting ions generated in the plasma chamber. Therefore, it is desired that the mirror ratio be variable. However, when the entire iron yoke is integrated as in the related art, a pair of solenoid coils held by the iron yoke are fixed at a fixed position with respect to the plasma chamber. Therefore, the mirror ratio of the mirror magnetic field formed by the solenoid coil becomes substantially constant, and the mirror ratio cannot be changed significantly.
【０００７】また、鉄ヨークにはソレノイドコイルを装
着しなければならないので、その装着が容易になされる
ようにするために、そのソレノイドコイル収容部の両側
壁はプラズマチャンバの軸線に対してほぼ垂直とされ
る。しかも、各ソレノイドコイルの内側面を保持する鉄
ヨークの内側壁の端部は、永久磁石に隣接する関係から
その永久磁石より外周側に位置するようにされるので、
その内側壁の端部と外側壁の端部との間の距離が大きく
なる。そのために、従来のものでは、一対のソレノイド
コイルによって鉄ヨークの外部に形成される磁力線は、
主としてその鉄ヨークの各ソレノイド収容部の外側壁の
端部間を結ぶものとなり、プラズマチャンバの端部付近
の磁場を高めるということができない。そして、そのよ
うにプラズマチャンバの端部付近の磁場が高められない
ので、プラズマの閉じ込めが不十分となり、多価イオン
の生成効率を向上させることができない。Further, since a solenoid coil must be mounted on the iron yoke, both sides of the solenoid coil housing are substantially perpendicular to the axis of the plasma chamber in order to facilitate the mounting. It is said. Moreover, since the end of the inner wall of the iron yoke that holds the inner surface of each solenoid coil is located closer to the outer periphery than the permanent magnet because of its proximity to the permanent magnet,
The distance between the end of the inner wall and the end of the outer wall increases. Therefore, in the conventional one, the magnetic lines of force formed outside the iron yoke by the pair of solenoid coils are:
It mainly connects the ends of the outer walls of the solenoid housings of the iron yoke, and cannot increase the magnetic field near the ends of the plasma chamber. Since the magnetic field near the end of the plasma chamber cannot be increased, confinement of the plasma becomes insufficient and the efficiency of generating multiply-charged ions cannot be improved.
【０００８】更に、プラズマチャンバの一方の端部に
は、そのチャンバ内で生成されたイオンを引き出すため
の引出し電極が設けられるが、従来のものでは、その引
出し電極位置とプラズマチャンバ内のプラズマ閉じ込め
領域との位置関係も一定となる。そのために、生成され
たイオンを効率よく引き出すことができず、イオン電流
の大きい多価イオンのイオンビームを得るということが
できない。Further, at one end of the plasma chamber, an extraction electrode for extracting ions generated in the chamber is provided. In the conventional one, the position of the extraction electrode and the plasma confinement in the plasma chamber are provided. The positional relationship with the area is also constant. Therefore, the generated ions cannot be efficiently extracted, and an ion beam of multiply-charged ions having a large ion current cannot be obtained.
【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、ミラー比の最適化を図る
とともに、プラズマの閉じ込めを良好に行うことがで
き、かつ、大電流の多価イオンを得ることのできる電子
サイクロトロン共振イオン源を提供することである。The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to optimize the mirror ratio, to perform good confinement of plasma, and to realize high current. An object of the present invention is to provide an electron cyclotron resonance ion source capable of obtaining multiply charged ions.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、一対のソレノイドコイルを保持する鉄
ヨークを、各ソレノイドコイルを保持する部分ごとに個
々に分離独立したものとするとともに、プラズマチャン
バの軸線方向両側に、その軸線方向に延び、各鉄ヨーク
の外側壁の端部に磁気的に接続される鉄ヨーク延長部材
を設けるようにしている。In order to achieve the above object, according to the present invention, an iron yoke for holding a pair of solenoid coils is provided separately and independently for each portion for holding each solenoid coil. An iron yoke extension member is provided on each side of the plasma chamber in the axial direction and extends in the axial direction and is magnetically connected to the end of the outer wall of each iron yoke.
【００１１】[0011]
【作用】このように鉄ヨークを分離することにより、各
鉄ヨークはプラズマチャンバの軸線方向に独立して移動
可能となる。したがって、その鉄ヨークに保持される一
対のソレノイドコイルの位置を調整することが可能とな
り、そのソレノイドコイルによって形成される磁場のミ
ラー比が可変となる。また、上述のような鉄ヨーク延長
部材を設けることにより、各鉄ヨークの外側壁の端部か
ら出る磁力線はその鉄ヨーク延長部材を通ることにな
る。そして、その鉄ヨーク延長部材の先端は、鉄ヨーク
の内側壁の端部に近い位置にある。したがって、その間
に強い磁場が形成される。その結果、プラズマチャンバ
の端部付近の磁場が高められ、プラズマの閉じ込めが良
好になされるようになる。更に、引出し電極近傍の磁場
が高められることにより、プラズマチャンバ内で生成さ
れたイオンが効率よく引き出されるようになり、大電流
の多価イオンを得ることが可能となる。By separating the iron yokes in this manner, each iron yoke can be independently moved in the axial direction of the plasma chamber. Therefore, the positions of the pair of solenoid coils held by the iron yoke can be adjusted, and the mirror ratio of the magnetic field formed by the solenoid coils can be changed. Further, by providing the iron yoke extension members as described above, the lines of magnetic force coming from the ends of the outer walls of each iron yoke pass through the iron yoke extension members. The tip of the iron yoke extension member is located at a position near the end of the inner wall of the iron yoke. Therefore, a strong magnetic field is formed in the meantime. As a result, the magnetic field near the end of the plasma chamber is enhanced, and the plasma is confined well. Further, by increasing the magnetic field in the vicinity of the extraction electrode, ions generated in the plasma chamber can be efficiently extracted, and high-current multiply-charged ions can be obtained.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図中、図１は本発明による電子サイクロトロン共振
イオン源の一実施例を示す縦断面図である。この図から
明らかなように、電子サイクロトロン共振イオン源１
は、その中央部にプラズマチャンバ２を備えている。そ
のプラズマチャンバ２は両端が開いた円筒状のもので、
前掲の特開昭62−229641号公報に示されているような二
重管により、図で右側の開口端部からその内部に試料ガ
スとマイクロ波とが導入されるようになっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of an electron cyclotron resonance ion source according to the present invention. As is clear from this figure, the electron cyclotron resonance ion source 1
Has a plasma chamber 2 in the center thereof. The plasma chamber 2 has a cylindrical shape with both ends open.
The sample gas and the microwave are introduced into the inside from the opening end on the right side in the figure by a double tube as shown in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-229641.
【００１３】プラズマチャンバ２の外周には６極永久磁
石３が設けられている。この永久磁石３は、特開昭60-9
1600号公報に示されているように、６個の棒磁石を放射
状に配置し、更にそれをチャンバ２の軸線方向に複数組
並べたもので、それによってチャンバ２内に径方向の磁
場が形成されるようになっている。また、その永久磁石
３の両側には、一対のソレノイドコイル４，５が配置さ
れている。それらのソレノイドコイル４，５は、その内
外両側面及び外周面を取り囲む鉄ヨーク６，７によって
それぞれ保持されている。そして、その鉄ヨーク６，７
の間は完全に切り離されている。A six-pole permanent magnet 3 is provided on the outer periphery of the plasma chamber 2. This permanent magnet 3 is disclosed in
As shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 1600, six bar magnets are radially arranged, and a plurality of bar magnets are arranged in the axial direction of the chamber 2 so that a radial magnetic field is formed in the chamber 2. It is supposed to be. A pair of solenoid coils 4 and 5 are arranged on both sides of the permanent magnet 3. The solenoid coils 4 and 5 are held by iron yokes 6 and 7 surrounding the inner and outer side surfaces and the outer peripheral surface thereof, respectively. And the iron yoke 6,7
Are completely separated.
【００１４】各鉄ヨーク６，７の外側壁６ａ，７ａ及び
内側壁６ｂ，７ｂの端面は、いずれもプラズマチャンバ
２の軸線に平行とされている。そして、その外側壁６
ａ，７ａの端面は、ソレノイドコイル４，５の内周面と
ほぼ同径位置となるようにされている。また、その外側
壁６ａ，７ａの端部は内側、すなわちプラズマチャンバ
２の中央部側に向かってわずかに延出するようにされ、
その端面の面積が大きくなるようにされている。一方、
内側壁６ｂ，７ｂはプラズマチャンバ２の軸線に垂直と
され、その端面は、永久磁石３の外周面よりも外周側に
位置するようにされている。こうして、鉄ヨーク６，７
はソレノイドコイル４，５をそれぞれ個々に保持するも
のとされ、プラズマチャンバ２の軸線方向に独立して移
動可能とされている。The end faces of the outer walls 6a, 7a and the inner walls 6b, 7b of the iron yokes 6, 7 are all parallel to the axis of the plasma chamber 2. And its outer wall 6
The end faces of a and 7a are set to have substantially the same diameter as the inner peripheral faces of the solenoid coils 4 and 5. The ends of the outer walls 6a and 7a are slightly extended toward the inside, that is, toward the center of the plasma chamber 2, and
The area of the end face is made large. on the other hand,
The inner walls 6b, 7b are perpendicular to the axis of the plasma chamber 2, and the end faces thereof are located on the outer peripheral side of the outer peripheral surface of the permanent magnet 3. Thus, iron yoke 6,7
Are respectively configured to individually hold the solenoid coils 4 and 5, and are independently movable in the axial direction of the plasma chamber 2.
【００１５】プラズマチャンバ２の両端面には、それぞ
れＯリング８，９を介して絶縁碍子１０，１１が気密に
取り付けられている。また、その絶縁碍子１０，１１の
外端面には、それぞれＯリング１２，１３を介して鉄ヨ
ーク延長部材１４，１５が気密に取り付けられている。
それら鉄ヨーク延長部材１４，１５は鉄ヨーク６，７と
同様の強磁性材料からなるもので、チャンバ２の入口
側、すなわち図で右側の鉄ヨーク延長部材１４は、プラ
ズマチャンバ２の軸線方向に延びる円筒状のものとされ
ている。また、チャンバ２の出口側、すなわち図で左側
の鉄ヨーク延長部材１５は、プラズマチャンバ２の軸線
方向に延び、外側に向かって拡開する円錐筒状のものと
されている。こうして、図で右側の鉄ヨーク延長部材１
４から左側の鉄ヨーク延長部材１５に至るまでの内側
に、ソレノイドコイル４，５側から気密に遮蔽された空
間が形成され、その空間を真空吸引することによってプ
ラズマチャンバ２内が真空状態に保たれるようになって
いる。Insulators 10 and 11 are hermetically attached to both end surfaces of the plasma chamber 2 via O-rings 8 and 9, respectively. Iron yoke extension members 14 and 15 are hermetically attached to the outer end surfaces of the insulators 10 and 11 via O-rings 12 and 13, respectively.
The iron yoke extension members 14 and 15 are made of the same ferromagnetic material as the iron yokes 6 and 7. The iron yoke extension member 14 on the inlet side of the chamber 2, that is, the right side in the drawing, extends in the axial direction of the plasma chamber 2. It has a cylindrical shape extending. The outlet side of the chamber 2, that is, the iron yoke extension member 15 on the left side in the figure has a conical cylindrical shape extending in the axial direction of the plasma chamber 2 and expanding outward. Thus, the iron yoke extension member 1 on the right side in the drawing
A space that is hermetically shielded from the solenoid coils 4 and 5 is formed inside from the side 4 to the iron yoke extension member 15 on the left side, and the inside of the plasma chamber 2 is kept in a vacuum state by vacuum suctioning the space. It is designed to drip.
【００１６】鉄ヨーク延長部材１４，１５には、プラズ
マチャンバ２の軸線に平行な円筒状の外周面が形成され
ている。そして、その外周面が鉄ヨーク６，７の外側壁
６ａ，７ａの端面に接するようにされ、それによって、
その間が磁気的に接続されるようになっている。The iron yoke extension members 14 and 15 have cylindrical outer peripheral surfaces parallel to the axis of the plasma chamber 2. Then, the outer peripheral surface is brought into contact with the end surfaces of the outer walls 6a, 7a of the iron yokes 6, 7, and thereby,
Magnetic connection is made between them.
【００１７】チャンバ２の出口側の鉄ヨーク延長部材１
５には、その先端に引出し電極のカソード１６が取り付
けられている。そのカソード１６はプラズマチャンバ２
の中心軸線側に向かって突出するようにされている。一
方、プラズマチャンバ２の出口側の端部にはアノード１
７が取り付けられている。そして、これらアノード１７
とカソード１６との間に１０〜２０kV程度の高電圧が印
加され、それによって、プラズマチャンバ２内で生成さ
れたイオンが出口側へと引き出されるようになってい
る。また、このイオン源１の出口部には、図示されてい
ないが、このようにして引き出されたイオンの発散を防
止してイオンビームとするイオン集束装置が設けられて
いる。The iron yoke extension member 1 on the outlet side of the chamber 2
5 is provided with a cathode 16 of an extraction electrode at its tip. The cathode 16 is connected to the plasma chamber 2
Are projected toward the center axis side of. On the other hand, the anode 1 is located at the end of the plasma chamber 2 on the outlet side.
7 is attached. These anodes 17
A high voltage of about 10 to 20 kV is applied between the plasma chamber 2 and the cathode 16, whereby ions generated in the plasma chamber 2 are extracted to the outlet side. At the outlet of the ion source 1, there is provided an ion focusing device (not shown) for preventing the divergence of the ions extracted in this way and forming an ion beam.
【００１８】次に、このように構成された電子サイクロ
トロン共振イオン源１の作用について説明する。プラズ
マチャンバ２の入口側の鉄ヨーク延長部材１４には、試
料ガス及びマイクロ波を導入するための二重管が気密に
接続される。そこで、その二重管を利用してプラズマチ
ャンバ２内を真空吸引し、そのチャンバ２内を１０-7To
rr程度の高真空に保つ。そして、そのチャンバ２内に試
料ガス及びマイクロ波を導入する。すると、試料ガスは
マイクロ波によって励起されてプラズマ状となる。Next, the operation of the thus configured electron cyclotron resonance ion source 1 will be described. A double tube for introducing the sample gas and the microwave is airtightly connected to the iron yoke extension member 14 on the inlet side of the plasma chamber 2. Therefore, the inside of the plasma chamber 2 is evacuated using the double tube, and the inside of the chamber 2 is 10 -7 To
Maintain a high vacuum of about rr. Then, a sample gas and a microwave are introduced into the chamber 2. Then, the sample gas is excited by the microwave to be in a plasma state.
【００１９】このとき、プラズマチャンバ２内には永久
磁石３によって径方向の磁場が形成されている。また、
ソレノイドコイル４，５に通電することによって、各鉄
ヨーク６，７を通りその端部から出る磁力線が形成され
る。そして、各鉄ヨーク６，７の外側壁６ａ，７ａの端
部からそれに磁気的に接続されている鉄ヨーク延長部材
１４，１５内を通り、その延長部材１４，１５間を結ぶ
磁力線２０が形成される。すなわち、プラズマチャンバ
２内に軸線方向の磁場が形成される。こうして、プラズ
マチャンバ２内に、永久磁石３による径方向の磁場とソ
レノイドコイル４，５による軸線方向の磁場とを重畳し
た合成磁場が形成される。そして、その合成磁場によっ
て、チャンバ２内のプラズマがほぼ軸線方向に向かうも
のを除いて閉じ込められる。At this time, a radial magnetic field is formed in the plasma chamber 2 by the permanent magnet 3. Also,
By energizing the solenoid coils 4, 5, magnetic lines of force are formed that pass through the iron yokes 6, 7 and exit from the ends. Then, magnetic force lines 20 are formed from the ends of the outer walls 6a, 7a of the iron yokes 6, 7, through the inside of the iron yoke extension members 14, 15 magnetically connected thereto, and connecting the extension members 14, 15 to each other. Is done. That is, an axial magnetic field is formed in the plasma chamber 2. Thus, a combined magnetic field is formed in the plasma chamber 2 in which the radial magnetic field generated by the permanent magnet 3 and the axial magnetic field generated by the solenoid coils 4 and 5 are superimposed. Then, the plasma in the chamber 2 is confined by the combined magnetic field except for the plasma that is directed substantially in the axial direction.
【００２０】一方、プラズマチャンバ２内の試料ガスに
は、そのチャンバ２内に導入されるマイクロ波の周波数
とそのチャンバ２内に形成される磁場の強さとを所定の
条件に合致させることによって、電子サイクロトロン共
振が起こされる。したがって、その共振によってプラズ
マ内の電子が加速され、高速電子となる。そして、その
高速電子が試料ガスの粒子に衝突することによって、そ
の粒子のまわりの電子が跳ね飛ばされる。こうして、試
料ガスの粒子が電離される。その場合、試料ガスはプラ
ズマ状として閉じ込められているので、一つの粒子に多
数の高速電子が衝突する。その結果、一つの粒子から複
数個の電子が跳ね飛ばされ、その粒子が多価イオンとな
る。On the other hand, the sample gas in the plasma chamber 2 is made to match the frequency of the microwave introduced into the chamber 2 and the strength of the magnetic field formed in the chamber 2 with predetermined conditions. Electron cyclotron resonance occurs. Therefore, the electrons in the plasma are accelerated by the resonance and become high-speed electrons. Then, the high-speed electrons collide with the particles of the sample gas, so that the electrons around the particles are bounced off. Thus, the particles of the sample gas are ionized. In that case, since the sample gas is confined in a plasma state, many high-speed electrons collide with one particle. As a result, a plurality of electrons are bounced off from one particle, and the particle becomes a multiply charged ion.
【００２１】このようにして、プラズマチャンバ２内に
おいて多価イオンが生成される。そして、そのイオンは
引出し電極のカソード１６によってチャンバ２の出口側
に引き寄せられ、軸線方向のイオン流としてチャンバ２
から引き出される。引き出されたイオンは、イオン集束
装置によってその発散が抑えられるので、イオンビーム
となる。こうして、この電子サイクロトロン共振イオン
源１により、多価イオンのイオンビームが形成される。In this way, multiply charged ions are generated in the plasma chamber 2. Then, the ions are attracted to the outlet side of the chamber 2 by the cathode 16 of the extraction electrode, and are converted into an ion stream in the axial direction.
Drawn from. Since the diverging of the extracted ions is suppressed by the ion focusing device, the ions become an ion beam. Thus, an ion beam of multiply-charged ions is formed by the electron cyclotron resonance ion source 1.
【００２２】ところで、このイオン源１においては、鉄
ヨーク６，７の外側壁６ａ，７ａの端部に鉄ヨーク延長
部材１４，１５が接続され、その外側壁６ａ，７ａの端
部を内側に向かって延出させたのと同様とされている。
したがって、ソレノイドコイル４，５によって形成され
る磁力線はその延長部材１４，１５から出ることにな
る。そして、その延長部材１４，１５と鉄ヨーク６，７
の内側壁６ｂ，７ｂの端部との間の距離は小さくなって
いる。その結果、それらの間にも磁力線２１，２２が形
成されることになる。こうして、プラズマチャンバ２の
端部近傍には、一対の鉄ヨーク延長部材１４，１５間を
結ぶ磁力線２０、及び延長部材１４，１５と鉄ヨーク
６，７の内側壁６ｂ，７ｂの端部との間を結ぶ磁力線２
１，２２が形成される。したがって、その部分の磁束密
度が高くなり、磁場が強められる。その結果、ミラー磁
場における極大磁束密度が高められ、プラズマの閉じ込
めが良好となる。また、引出し電極であるカソード１６
付近の磁場が高められることにより、プラズマの閉じ込
め領域をその引出し電極位置に近付けることが可能とな
るので、プラズマチャンバ２内で生成されたイオンの引
出しが効率よく行われるようになり、大電流のイオンビ
ームを得ることが可能となる。Incidentally, in the ion source 1, iron yoke extension members 14, 15 are connected to the ends of the outer walls 6a, 7a of the iron yokes 6, 7, and the ends of the outer walls 6a, 7a are positioned inward. It is the same as having extended toward.
Therefore, the magnetic lines of force formed by the solenoid coils 4 and 5 come out of the extension members 14 and 15. And the extension members 14, 15 and the iron yokes 6, 7
The distance between the inner wall 6b and the end of the inner wall 6b is small. As a result, magnetic force lines 21 and 22 are formed between them. Thus, near the end of the plasma chamber 2, the lines of magnetic force 20 connecting the pair of iron yoke extension members 14 and 15, and the extension members 14 and 15 and the ends of the inner walls 6 b and 7 b of the iron yokes 6 and 7 are formed. Magnetic field lines 2 connecting between
1 and 22 are formed. Therefore, the magnetic flux density at that portion is increased, and the magnetic field is strengthened. As a result, the maximum magnetic flux density in the mirror magnetic field is increased, and plasma confinement is improved. In addition, the cathode 16 serving as an extraction electrode
By increasing the magnetic field in the vicinity, it becomes possible to bring the confined region of the plasma closer to the position of the extraction electrode, so that ions generated in the plasma chamber 2 can be efficiently extracted, and a large current An ion beam can be obtained.
【００２３】更に、このイオン源１においては、各ソレ
ノイドコイル４，５を保持する鉄ヨーク６，７が互いに
独立したものとされるので、その鉄ヨーク６，７を軸線
方向に移動させることによって、ソレノイドコイル４，
５間の間隔を変えることができる。そして、一定位置に
あるソレノイドコイル４，５によって形成される磁場の
磁束密度が図２に実線で示されているようなものである
とき、ソレノイドコイル４，５間の間隔を小さくする
と、その磁束密度は図２に一点鎖線で示されているよう
に変化し、ソレノイドコイル４，５間の中央部における
磁束密度の極小値が高くなる。また、ソレノイドコイル
４，５間の間隔を大きくすると、図２に破線で示されて
いるように、その間の磁束密度の極小値が低くなる。一
方、その磁束密度の極大値はほとんど変化しない。そし
て、ソレノイドコイル４，５によって形成されるミラー
磁場のミラー比は、それら磁束密度の極大値と極小値と
の比によって決定される。したがって、ソレノイドコイ
ル４，５間の間隔を調整することによってミラー比を変
えることができ、その最適化を図ることが可能となる。
また、引出し電極位置と電子サイクロトロン共振領域と
の位置関係も最適化することができる。その結果、この
イオン源１により、大電流の多価イオンを効率よく得る
ことが可能となる。Further, in the ion source 1, since the iron yokes 6, 7 for holding the solenoid coils 4, 5 are independent from each other, by moving the iron yokes 6, 7 in the axial direction. , Solenoid coil 4,
The spacing between the five can be varied. When the magnetic flux density of the magnetic field formed by the solenoid coils 4 and 5 at a certain position is as shown by the solid line in FIG. The density changes as shown by the dashed line in FIG. 2, and the minimum value of the magnetic flux density at the central portion between the solenoid coils 4 and 5 increases. In addition, when the interval between the solenoid coils 4 and 5 is increased, the minimum value of the magnetic flux density between them becomes lower as shown by a broken line in FIG. On the other hand, the maximum value of the magnetic flux density hardly changes. The mirror ratio of the mirror magnetic field formed by the solenoid coils 4 and 5 is determined by the ratio between the maximum value and the minimum value of the magnetic flux density. Therefore, the mirror ratio can be changed by adjusting the interval between the solenoid coils 4 and 5, and the mirror ratio can be optimized.
Further, the positional relationship between the extraction electrode position and the electron cyclotron resonance region can be optimized. As a result, the ion source 1 makes it possible to efficiently obtain large-current multiply-charged ions.
【００２４】なお、上記実施例においては、各鉄ヨーク
６，７の外側壁６ａ，７ａの端部を内側に延出させてそ
の端面の面積を大きくすることにより、それらの鉄ヨー
ク６，７を軸線方向に移動させたときにも鉄ヨーク延長
部材１４，１５との接触面積が十分に確保されるように
しているが、ミラー比の調整のために移動される鉄ヨー
ク６，７の移動量は比較的小さいので、そのような延出
部は必ずしも必要ではない。そのような延出部をなくす
と、ソレノイドコイル４，５の装着がより容易となる。In the above-described embodiment, the ends of the outer walls 6a, 7a of the iron yokes 6, 7 are extended inward to increase the area of the end surfaces thereof, so that the iron yokes 6, 7 are formed. Although a sufficient contact area with the iron yoke extension members 14 and 15 is ensured even when is moved in the axial direction, the movement of the iron yokes 6 and 7 moved for adjusting the mirror ratio is performed. Since the volume is relatively small, such an extension is not necessary. Eliminating such an extension makes it easier to mount the solenoid coils 4 and 5.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、一対のソレノイドコイルを保持する鉄ヨーク
を、各ソレノイドコイルごとにそれぞれ独立したものと
するようにしているので、各ソレノイドコイル間の間隔
を調整することが可能となり、それらのソレノイドコイ
ルによって形成されるミラー磁場のミラー比を変えるこ
とができる。また、プラズマチャンバの両側に、その軸
線方向に延び、各鉄ヨークの外側壁の端部に磁気的に接
続される鉄ヨーク延長部材を設けるようにしているの
で、プラズマチャンバの端部における磁場を高めること
ができる。したがって、プラズマの閉じ込めが良好に行
われるとともに、生成されたイオンが効率よく引き出さ
れるようにすることが可能となり、大電流の多価イオン
を得ることのできる電子サイクロトロン共振イオン源と
することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the iron yoke for holding a pair of solenoid coils is made independent for each solenoid coil. The spacing between the coils can be adjusted, and the mirror ratio of the mirror field formed by those solenoid coils can be changed. Also, since an iron yoke extension member extending in the axial direction and magnetically connected to the end of the outer wall of each iron yoke is provided on both sides of the plasma chamber, the magnetic field at the end of the plasma chamber is reduced. Can be enhanced. Therefore, the plasma can be satisfactorily confined, and the generated ions can be efficiently extracted. Thus, an electron cyclotron resonance ion source capable of obtaining a large current multiply charged ion can be obtained. .
【図１】本発明による電子サイクロトロン共振イオン源
の一実施例を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of an electron cyclotron resonance ion source according to the present invention.
【図２】そのイオン源において一対のソレノイドコイル
間の間隔を変えたときの磁束密度の変化を示すグラフで
ある。FIG. 2 is a graph showing a change in magnetic flux density when an interval between a pair of solenoid coils is changed in the ion source.
１ 電子サイクロトロン共振イオン源 ２ プラズマチャンバ ３ 永久磁石 ４，５ ソレノイドコイル ６，７ 鉄ヨーク ６ａ，７ａ 外側壁 ６ｂ，７ｂ 内側壁 １０，１１ 絶縁碍子 １４，１５ 鉄ヨーク延長部材 １６ カソード（引出し電極） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron cyclotron resonance ion source 2 Plasma chamber 3 Permanent magnet 4,5 Solenoid coil 6,7 Iron yoke 6a, 7a Outer side wall 6b, 7b Inner side wall 10,11 Insulator 14,15 Iron yoke extension member 16 Cathode (extraction electrode)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 H05H 1/46 H05H 1/14──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01J 27/00-27/26 H01J 37/08 H05H 1/46 H05H 1/14
Claims (2)
筒状のプラズマチャンバと、 そのプラズマチャンバの外周に設けられ、そのプラズマ
チャンバ内に径方向の磁場を形成する永久磁石と、 前記プラズマチャンバの軸線方向に対して前記永久磁石
の両側に設けられ、外周及び内外両側面を取り囲む鉄ヨ
ークによって保持されて、前記プラズマチャンバ内に軸
線方向の磁場を形成する一対のソレノイドコイルと、 前記プラズマチャンバの一方の開口部に設けられ、その
プラズマチャンバ内で生成されたイオンを引き出す引出
し電極と、を備えた電子サイクロトロン共振イオン源に
おいて；前記鉄ヨークが、前記一対のソレノイドを個々
に保持する互いに分離独立したものとされており、 前記プラズマチャンバの軸線方向両側に、その軸線方向
に延び、前記各鉄ヨークの外側壁の端部に磁気的に接続
される鉄ヨーク延長部材が設けられていることを特徴と
する、 電子サイクロトロン共振イオン源。A cylindrical plasma chamber into which a sample gas and a microwave are introduced; a permanent magnet provided on an outer periphery of the plasma chamber to form a radial magnetic field in the plasma chamber; A pair of solenoid coils that are provided on both sides of the permanent magnet with respect to the axial direction and are held by iron yokes surrounding the outer periphery and the inner and outer sides, and form an axial magnetic field in the plasma chamber; An electron cyclotron resonance ion source provided at one opening and extracting ions generated in the plasma chamber; wherein the iron yoke is separated from and independent of the pair of solenoids. The axial direction of the plasma chamber is on both sides in the axial direction of the plasma chamber. To extend, characterized in that said iron yoke extension member which is magnetically connected to the end of the outer wall of the iron yoke is provided, the electron cyclotron resonance ion source.
チャンバに絶縁碍子を介して気密に固着されており、 その鉄ヨーク延長部材の先端に前記引出し電極が取り付
けられていることを特徴とする、 請求項１記載の電子サイクロトロン共振イオン源。2. The iron yoke extension member is hermetically fixed to the plasma chamber via an insulator, and the extraction electrode is attached to a tip of the iron yoke extension member. The electron cyclotron resonance ion source according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290358A JP2838738B2 (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Electron cyclotron resonance ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290358A JP2838738B2 (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Electron cyclotron resonance ion source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05109365A JPH05109365A (en) | 1993-04-30 |
| JP2838738B2 true JP2838738B2 (en) | 1998-12-16 |
Family
ID=17755002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3290358A Expired - Lifetime JP2838738B2 (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Electron cyclotron resonance ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2838738B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19933762C2 (en) * | 1999-07-19 | 2002-10-17 | Juergen Andrae | Pulsed magnetic opening of electron cyclotron resonance ion sources to generate short, powerful pulses of highly charged ions or electrons |
| SG106057A1 (en) * | 2000-08-07 | 2004-09-30 | Axcelis Tech Inc | Magnet for generating a magnetic field in an ion source |
-
1991
- 1991-10-11 JP JP3290358A patent/JP2838738B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05109365A (en) | 1993-04-30 |
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