JP2876248B2 - Ion source - Google Patents

Ion source

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JP2876248B2
JP2876248B2 JP22122990A JP22122990A JP2876248B2 JP 2876248 B2 JP2876248 B2 JP 2876248B2 JP 22122990 A JP22122990 A JP 22122990A JP 22122990 A JP22122990 A JP 22122990A JP 2876248 B2 JP2876248 B2 JP 2876248B2
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ion
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幸夫 佐藤
隆成 木村
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KAGAKU GIJUTSUCHO HOSHASEN IGAKU SOGO KENKYUSHOCHO
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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KAGAKU GIJUTSUCHO HOSHASEN IGAKU SOGO KENKYUSHOCHO
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、アーク放電によりイオンを発生するイオン
源に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion source that generates ions by arc discharge.

[従来の技術] 従来より、イオン源として、第2図に示すものが知ら
れている。このイオン源は、所定間隔をおいて配置され
た2つのカソード100と、これらの間に2つのアーク放
電部101とイオン生成部102と形成するように配置された
アノード103とを備えてなる。
[Prior Art] Conventionally, an ion source shown in FIG. 2 has been known. The ion source includes two cathodes 100 arranged at a predetermined interval, and an anode 103 arranged to form two arc discharge units 101 and an ion generation unit 102 therebetween.

前記アーク放電部101の隔壁であるアノード103の部分
には、ガス供給口104が形成されている。これらのガス
供給口104からガス供給装置によりアルゴンなどのガス
がアーク放電部101に供給される。カソード100とアノー
ド103とには、電圧印加装置によりアーク電圧が印加さ
れるようになっている。イオン生成部102の隔壁である
アノード103の部分にイオンビームを取り出すためのイ
オン取り出し口105が形成されている。
A gas supply port 104 is formed in a portion of the anode 103 which is a partition wall of the arc discharge unit 101. A gas such as argon is supplied to the arc discharge unit 101 from these gas supply ports 104 by a gas supply device. An arc voltage is applied to the cathode 100 and the anode 103 by a voltage application device. An ion extraction port 105 for extracting an ion beam is formed in a portion of the anode 103 which is a partition wall of the ion generation unit 102.

このイオン源においては、ガス供給口104からガスが
アーク放電部101に供給されると、カソード100からの放
出電子によってガスがイオン化されこのアーク放電部10
1でアーク放電が起こると同時にイオン生成部102まで伸
びてイオン生成部102のガスがプラズマとなり、多価イ
オンが発生してイオンビームがイオン取り出し口105か
ら矢印m方向へ取り出される。
In this ion source, when a gas is supplied from a gas supply port 104 to the arc discharge unit 101, the gas is ionized by electrons emitted from the cathode 100, and the arc discharge unit 10
At the same time as the occurrence of arc discharge in 1, the gas is extended to the ion generation unit 102 and the gas of the ion generation unit 102 becomes plasma, multiply-charged ions are generated, and the ion beam is extracted from the ion extraction port 105 in the direction of arrow m.

[発明が解決しようとする課題] ところで、加速器などに入射するイオンビームの場
合、加速器などから大きなエネルギーのビームを取り出
すためには、イオンが多価であることが望ましい。そし
て、前記イオン源において、多価イオンの割合を多くす
るためには、ガスの量を少なくすれば良いことが判って
いる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the case of an ion beam incident on an accelerator or the like, in order to extract a beam with a large energy from the accelerator or the like, it is desirable that the ions be polyvalent. It has been found that in the above-mentioned ion source, in order to increase the proportion of polyvalent ions, the amount of gas should be reduced.

しかし、多価イオンの生成率はイオン生成部のガスの
量が少ない方が高いが、ガスの量が少ないと放電が起こ
り難く、または、放電が起こっても不安定であり、プラ
ズマを維持し難い。
However, the generation rate of multiply-charged ions is higher when the amount of gas in the ion generation section is smaller, but when the amount of gas is small, discharge is difficult to occur, or even if discharge occurs, it is unstable, and the plasma is maintained. hard.

このために、前記ガス供給装置により、例えば、バル
ブをパルス状に開閉して、ガスの流量がパルス変わるよ
うにガスを放電部101に供給し、ガスの流量の最大時に
放電電圧を印加してアーク放電を起こし、ガスをイオン
化させる。パルス状のガスは放電開始後に指数関数的に
減少するため、生成されたイオンのうち多価イオンは、
ガスが減少するのにしたがって増加するがガスの量の制
御が難しい。
For this purpose, by the gas supply device, for example, a valve is opened and closed in a pulsed manner, a gas is supplied to the discharge unit 101 so that the gas flow rate changes in a pulsed manner, and a discharge voltage is applied at the maximum gas flow rate. An arc discharge is caused to ionize the gas. Since the pulsed gas exponentially decreases after the start of discharge, the multiply-charged ions among the generated ions are
It increases as the gas decreases, but it is difficult to control the amount of gas.

したがって、従来のイオン源においては、ガスの量の
制御が不安定であり、かつ、ガス供給装置のバルブが開
閉動作を連続して繰り返す必要があるためバルブの交換
及び保守作業が多いという問題がある。
Therefore, in the conventional ion source, the control of the amount of gas is unstable, and the valve of the gas supply device needs to be repeatedly opened and closed continuously, so that there is a problem that there are many valve replacements and maintenance operations. is there.

本発明の課題は、ガスの量の制御が安定していて多量
の多価イオンを得ることができ、かつ、ガス供給装置の
バルブの交換及び保守作業が極めて少ないイオン源を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ion source in which the control of the gas amount is stable, a large amount of multiply-charged ions can be obtained, and the valve replacement and maintenance work of the gas supply device are extremely small. .

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、カソードとアノードとの間に形成さ
れ、かつ、ガスが供給される放電部と、この放電部に連
通して多価イオンを生成するイオン生成部とを有し、前
記イオン生成部で生成されたイオンを、イオン引き出し
用の電極に対向する隔壁に設けられたイオン取り出し口
から取り出すようにしたイオン源において、前記放電部
とイオン生成部との間にこれらのガスの量に差を生じさ
せるとともに、前記放電部から前記イオン生成部へのガ
スの流量を調整する、流量可変機構を備えた絞り手段を
設けて放電部のガスの量よりイオン生成部のガスの量が
少なくなるようにしたことを特徴とするイオン源が得ら
れる。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a discharge section formed between a cathode and an anode and supplied with a gas, and an ion communicating with the discharge section to generate multivalent ions An ion source having an ion generator, wherein the ion generated by the ion generator is extracted from an ion extraction port provided on a partition wall facing the electrode for extracting ions. And a throttle means provided with a flow rate variable mechanism for adjusting the flow rate of the gas from the discharge section to the ion generation section while causing a difference in the amounts of these gases between the discharge section and the discharge section. An ion source characterized in that the amount of gas in the ion generating section is further reduced.

[作用] 本発明は、放電部にガスを流量が一定となるように供
給し、この放電部のガスを絞り機構で流量を調整してイ
オン生成部に送ることにより、放電部のガスの量よりイ
オン生成部のガスの量を少なくしている。
[Operation] In the present invention, the gas in the discharge section is supplied to the discharge section by supplying the gas at a constant flow rate, adjusting the flow rate of the gas in the discharge section by the throttle mechanism, and sending the gas to the ion generation section. The amount of gas in the ion generation section is reduced.

[実施例] 次に、本発明を熱陰極型ものに適用した実施例を図面
に基いて詳細に説明する。
Example Next, an example in which the present invention is applied to a hot cathode type will be described in detail with reference to the drawings.

第1図において符号1,1はカソードを示している。こ
れらのカソード1は、所定間隔において対向するように
配置されている。これらのカソード1の一方または両方
に備えられた加熱装置(図示せず)によりカソード1が
所定温度に保持されている。
In FIG. 1, reference numerals 1 and 1 indicate cathodes. These cathodes 1 are arranged so as to face each other at a predetermined interval. The cathode 1 is maintained at a predetermined temperature by a heating device (not shown) provided in one or both of the cathodes 1.

これらのカソード1の間には、筒状のアノード2が配
置されている。このアノード2は、カソード1との間に
それぞれ放電部3を形成していると共に、中央部にイオ
ン生成部4を形成している。すなわち、アノード2は、
放電部3およびイオン生成部4の隔壁も兼ねている。カ
ソード1とアノード2とに、電圧印加装置(図示せず)
によりアーク放電電圧が印加される。
Between these cathodes 1, a cylindrical anode 2 is arranged. The anode 2 forms a discharge section 3 between the anode 2 and the cathode 1, and forms an ion generation section 4 at the center. That is, the anode 2
It also serves as a partition wall for the discharge unit 3 and the ion generation unit 4. A voltage applying device (not shown) is applied to the cathode 1 and the anode 2
Thereby applying an arc discharge voltage.

放電部3の隔壁であるアノード2の部分には、それぞ
れガス供給口5が形成されている。これらのガス供給口
5から放電部3にアルゴンなどのガスがガス供給装置
(図示せず)により供給される。このガス供給装置は、
ガスを流量が一定となるように放電部3に供給する。
A gas supply port 5 is formed in each of the anodes 2 serving as partition walls of the discharge unit 3. A gas such as argon is supplied to the discharge unit 3 from the gas supply ports 5 by a gas supply device (not shown). This gas supply device
The gas is supplied to the discharge unit 3 so that the flow rate is constant.

放電部3とイオン生成部4との間には、絞り機構6が
設けられている。この絞り機構6は、ガスの通路にガス
の流通を防げる部材を配置してなる。この絞り機構6に
より放電部3のガスの量とイオン生成部4のガスの量に
差を生じさせて、放電部3のガスの量はアーク放電に必
要な分だけ保持される。
A throttle mechanism 6 is provided between the discharge unit 3 and the ion generation unit 4. The throttle mechanism 6 is provided with a member for preventing gas flow in a gas passage. The throttle mechanism 6 causes a difference between the amount of gas in the discharge unit 3 and the amount of gas in the ion generation unit 4, so that the amount of gas in the discharge unit 3 is maintained as required for arc discharge.

イオン生成部4の隔壁であるアノード2の部分には、
イオン取り出し口7が形成されている。このイオン取り
出し口7と対向してイオン引き出し用の電極(図示せ
ず)が配置されている。イオン取り出し口7からイオン
生成部4で発生したイオンビームが矢印a方向へ取り出
される。
In the part of the anode 2 which is a partition wall of the ion generation part 4,
An ion outlet 7 is formed. An electrode (not shown) for extracting ions is arranged to face the ion extraction port 7. An ion beam generated by the ion generator 4 is extracted from the ion extraction port 7 in the direction of arrow a.

イオン生成部4の隔壁におけるイオン取り出し口7以
外の部分には、ガス量調整孔8が形成されている。この
ガス量調整孔8は、イオン生成部4のガスを外へ逃がし
てイオン生成部4のガスの量を多価イオンが発生しやす
い範囲に調整する。
A gas amount adjusting hole 8 is formed in a portion of the partition wall of the ion generation unit 4 other than the ion extraction port 7. The gas amount adjusting holes 8 allow the gas of the ion generating section 4 to escape to the outside and adjust the gas amount of the ion generating section 4 to a range where multivalent ions are easily generated.

前記ガス供給口5から流量が一定であるガスが放電部
3に供給されると、カソード1とアノード2との間に印
加されたアーク放電電圧により、カソード1から電子が
放出され放電部3のガスがイオン化されアーク放電が起
こると同時にイオン生成部4に伸びてプラズマ状態とな
る。
When a gas having a constant flow rate is supplied from the gas supply port 5 to the discharge unit 3, electrons are emitted from the cathode 1 by the arc discharge voltage applied between the cathode 1 and the anode 2, and the discharge unit 3 At the same time as the gas is ionized and an arc discharge occurs, the gas is extended to the ion generating section 4 to be in a plasma state.

前記カソード1からの放出電子は放電部3でガスと衝
突することによりエネルギーを失う。エネルギーを失っ
た電子は、多価イオンの生成に寄与しない。高エネルギ
ーを保った電子は、放電部3を通過してイオン生成部4
でガスと衝突して多価イオンを生成する。イオン生成部
4のガスの量は放電部3のガスの量に比べて少ないの
で、イオン生成部4においては、電子と多価イオンの再
結合は起こりにくいため多価イオンは保存されその結果
として多価イオンの割合が増大し、イオンビームしてイ
オン取り出し口7から多量の多価イオンが引き出され
る。
The electrons emitted from the cathode 1 lose energy by colliding with the gas in the discharge part 3. The electrons that have lost energy do not contribute to the production of multiply charged ions. The electrons having high energy pass through the discharge unit 3 and pass through the ion generation unit 4.
Collides with gas to generate multiply charged ions. Since the amount of gas in the ion generation unit 4 is smaller than the amount of gas in the discharge unit 3, in the ion generation unit 4, recombination of electrons and multivalent ions is unlikely to occur. The proportion of multiply charged ions increases, and a large amount of multiply charged ions are extracted from the ion extraction port 7 by ion beam.

なお、前記絞り機構6における流量の調整の度合およ
びガス量調整孔8の大きさは、ガスの種類よって決めら
れる。また、絞り機構6は、ガスの通路の大きさを変え
ることができる流量可変機構で構成してもよく、また、
交換することができるように構成しても良い。また、本
発明は、冷陰極型のものにも適用することができる。
The degree of flow rate adjustment in the throttle mechanism 6 and the size of the gas amount adjusting hole 8 are determined depending on the type of gas. Further, the throttle mechanism 6 may be constituted by a variable flow rate mechanism capable of changing the size of the gas passage.
You may comprise so that it can be replaced. The present invention can also be applied to a cold cathode type.

[発明の効果] 本発明によれば、放電部とイオン生成部との間に設け
た絞り手段より、放電部およびイオン生成部のガスの量
を制御しているから、ガスの量の制御が安定していて多
量の多価イオンを得ることができ、かつ、ガス供給装置
はガスを流量が一定であるように放電部に供給すればよ
いからガス供給装置のバルブの交換及び保守作業が極め
て少ない。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the amount of gas in the discharge unit and the ion generation unit is controlled by the throttle means provided between the discharge unit and the ion generation unit. A large amount of multiply-charged ions can be obtained stably, and the gas supply device only needs to supply gas to the discharge unit so that the flow rate is constant. Few.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例の概略を示す断面図および第2
図は従来のイオン源の概略を示す断面図である。 1…カソード、2…アノード、3…放電部、4…イオン
生成部、5…ガス供給口、6…絞り機構、7…イオン取
り出し口、8…ガス量調整孔。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a conventional ion source. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... Anode, 3 ... Discharge part, 4 ... Ion generation part, 5 ... Gas supply port, 6 ... Throttle mechanism, 7 ... Ion extraction port, 8 ... Gas amount adjustment hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−10432(JP,A) 特開 昭61−134659(JP,A) 特開 昭61−121248(JP,A) 実開 昭59−152555(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-10432 (JP, A) JP-A-61-134659 (JP, A) JP-A-61-121248 (JP, A) 152555 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01J 27/00-27/26 H01J 37/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】カソードとアノードとの間に形成され、か
つ、ガスが供給される放電部と、この放電部に連通して
多価イオンを生成するイオン生成部とを有し、前記放電
部及び前記イオン生成部で生成された前記多価イオンを
含むイオンを、イオン引き出し用の電極に対向する隔壁
に設けたイオン取り出し口から取り出すようにしたイオ
ン源において、前記放電部と前記イオン生成部との間に
これらのガスの量に差を生じさせるとともに、前記放電
部から前記イオン生成部へのガスの流量を調整する、流
量可変機構を備えた絞り手段を設けて、前記放電部のガ
ス量より前記イオン生成部のガス量が少なくなるように
したことを特徴とするイオン源。
A discharge section formed between a cathode and an anode and supplied with a gas; and an ion generation section communicating with the discharge section to generate multivalent ions. And an ion source configured to extract ions including the multiply-charged ions generated by the ion generation unit from an ion extraction port provided in a partition wall facing an ion extraction electrode, wherein the discharge unit and the ion generation unit And a throttle means provided with a flow rate variable mechanism for adjusting the flow rate of the gas from the discharge section to the ion generation section, while providing a difference in the amounts of these gases between the discharge section and the discharge section. An ion source characterized in that the amount of gas in the ion generator is smaller than the amount of gas.
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