JP6952997B2 - Mirror magnetic field generator and ECR ion source device - Google Patents

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Description

本発明は、高エネルギーのイオンを発生させる電子サイクロトロン共鳴加熱型イオン源(ECRイオン源)のための、プラズマ閉じ込め用のミラー磁場発生装置、およびそれを用いたECRイオン源装置に関する。本発明は、例えば、医療用加速器、半導体製造装置、およびリニアコライダーなどの実験用線形加速器などのためのミラー磁場発生装置、およびイオン源装置として用いられる。 The present invention relates to a mirror magnetic field generator for plasma confinement for an electron cyclotron resonance heating type ion source (ECR ion source) that generates high-energy ions, and an ECR ion source device using the same. The present invention is used, for example, as a mirror magnetic field generator for a medical accelerator, a semiconductor manufacturing apparatus, an experimental linear accelerator such as a linear collider, and an ion source apparatus.

従来において、ECRイオン源では、静磁場中の希薄ガスにその磁場強度に比例する電子サイクロトロン共鳴周波数の高周波電磁場を印加することによりプラズマ化し、プラズマ中の電子を電子サイクロトロン共鳴(ECR:electron-cyclotron-resonance)により高エネルギーに加速してイオン化の効率を上げることができる。 Conventionally, in an ECR ion source, a high-frequency electromagnetic field having an electron cyclotron resonance frequency proportional to the magnetic field strength is applied to a dilute gas in a static magnetic field to turn it into plasma, and the electrons in the plasma are converted into an electron cyclotron resonance (ECR: electron-cyclotron). -resonance) can accelerate to high energy and increase the efficiency of ionization.

このとき、共鳴条件を満たす空間(ECR空間)の体積を大きくできればイオンの生成量が増えるが、共鳴条件を満たすためには、磁場が一様である必要がある。 At this time, if the volume of the space satisfying the resonance condition (ECR space) can be increased, the amount of ions generated increases, but in order to satisfy the resonance condition, the magnetic field must be uniform.

一方、ECRイオン源は、ソレノイドコイルまたは永久磁石などを用いて磁場を形成し、プラズマ中の荷電粒子の磁場と直交する方向の運動を制限して荷電粒子を閉じ込める。磁場と平行な運動に関しては、従来より閉じ込め空間の磁場方向の両端部の磁束線を絞って磁場を上げることにより、いわゆるミラー磁場を形成して荷電粒子をそこで跳ね返すことにより閉じ込めを実現する。 On the other hand, the ECR ion source forms a magnetic field by using a solenoid coil, a permanent magnet, or the like, and restricts the movement of the charged particles in the plasma in a direction orthogonal to the magnetic field to confine the charged particles. Regarding the motion parallel to the magnetic field, confinement is realized by forming a so-called mirror magnetic field and repelling charged particles there by narrowing the magnetic flux lines at both ends in the magnetic field direction of the confinement space to raise the magnetic field.

例えば、特許文献1、2には、環状の2つの永久磁石によってミラー磁場を形成する装置が示されている。これらの装置には、それぞれ、磁場の強度を強くしたり調整したりするための補助的な永久磁石なども併用されている。 For example, Patent Documents 1 and 2 show a device for forming a mirror magnetic field by two annular permanent magnets. Each of these devices is also used with an auxiliary permanent magnet for increasing or adjusting the strength of the magnetic field.

また、特許文献3には、環状の2つのコイルに同じ方向に電流を流すことによってミラー磁場を形成する装置が示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a device for forming a mirror magnetic field by passing an electric current through two annular coils in the same direction.

非特許文献1〜2には、永久磁石により形成したミラー磁場を用いたECRイオン源装置が示されている。 Non-Patent Documents 1 and 2 show an ECR ion source device using a mirror magnetic field formed by a permanent magnet.

特開平8−64392号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-64392 特開2006−49020号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-49020 特開2002−313788号公報JP-A-2002-313788

Y.Iwashita, H.Tongu, Y.Fuwa, and M.Ichikawa " Compact permanent magnet H + ECR ion source with pulse gas valve", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 87, 02A718(2016)Y.Iwashita, H.Tongu, Y.Fuwa, and M.Ichikawa "Compact permanent magnet H + ECR ion source with pulse gas valve", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 87, 02A718 (2016) Y.Liu, G.D.Aton, H.Bilheux, J.M.Cole, F.W.Meyer, G.D.Mills, C.A.Reed, C.L.Williams, "INITIANL PERFORMANCE OF A 6GHZ "VOLUME" ECR ION SOURCE",Proceedlings of the 2003 Particle Acceleratou Conference p.p 998-1000Y.Liu, GDAton, H.Bilheux, JMCole, FWMeyer, GDMills, CAReed, CLWilliams, "INITIANL PERFORMANCE OF A 6GHZ" VOLUME "ECR ION SOURCE", Proceedlings of the 2003 Particle Acceleratou Conference pp 998- 1000

ミラー磁場発生装置において、ミラー磁場を上げた場合には中央部の空間の磁場の一様性を乱すこととなり、これによってECR空間の体積が減少する。そのため、プラズマの閉じ込め効率と生成効率は相反する。ミラー磁場のピークの値はECR空間の磁場(ECR磁場)の約2倍にするとよいことが報告されている。 In the mirror magnetic field generator, when the mirror magnetic field is increased, the uniformity of the magnetic field in the central space is disturbed, which reduces the volume of the ECR space. Therefore, the confinement efficiency and the generation efficiency of plasma conflict with each other. It has been reported that the peak value of the mirror magnetic field should be about twice the magnetic field in the ECR space (ECR magnetic field).

従来のミラー磁場発生装置において、プラズマ生成空間の磁場方向の両端に位置するミラー磁場領域では、それぞれ単一の極を持っている。 In a conventional mirror magnetic field generator, each mirror magnetic field region located at both ends of the plasma generation space in the magnetic field direction has a single pole.

例えば特許文献1において、プラズマ生成室の両端のミラー磁場領域では、主環状永久磁石による単一の極を持ち、特許文献2では環状永久磁石による単一の極を持ち、特許文献3ではコイルの中心部の空間による単一の極を持つ。 For example, in Patent Document 1, the mirror magnetic field regions at both ends of the plasma generation chamber have a single pole due to the main annular permanent magnet, Patent Document 2 has a single pole due to the annular permanent magnet, and Patent Document 3 has the coil. It has a single pole due to the central space.

また、非特許文献1において、プラズマ生成室(プラズマチャンバ−)の両端のミラー磁場領域では、磁気材料の壁による単一の極を持つ。非特許文献2では、プラズマ生成室の端面を形成する壁または空間による単一の極を持つ。 Further, in Non-Patent Document 1, the mirror magnetic field regions at both ends of the plasma generation chamber (plasma chamber) have a single pole due to the wall of the magnetic material. Non-Patent Document 2 has a single pole due to the wall or space forming the end face of the plasma generation chamber.

このように、従来のミラー磁場発生装置では、いずれもミラー磁場の両端部においては単一の極を持つので、ミラー磁場の全ての磁力線がその単一の極に集束することとなる。そうすると、全ての磁力線が集束するのに要する磁場方向の距離が長くなり、その分だけ磁場の一様な空間つまり共鳴条件を満たす空間(ECR空間)の磁場方向の長さが短くなる。 As described above, since all the conventional mirror magnetic field generators have a single pole at both ends of the mirror magnetic field, all the magnetic field lines of the mirror magnetic field are focused on the single pole. Then, the distance in the magnetic field direction required for all the magnetic field lines to converge becomes longer, and the length in the magnetic field direction of the uniform space of the magnetic field, that is, the space satisfying the resonance condition (ECR space) becomes shorter by that amount.

プラズマ生成空間を円柱形状とすると、単一の極の場合には、ミラー磁場の端部で磁場の変化する領域はその円柱の半径程度に大きくなるため、これによってECR空間のサイズが大きく制限されることとなっている。 If the plasma generation space has a cylindrical shape, in the case of a single pole, the region where the magnetic field changes at the end of the mirror magnetic field becomes as large as the radius of the cylinder, which greatly limits the size of the ECR space. It is supposed to be.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ECRイオン源に適用されるミラー磁場発生装置において、ECR空間の体積を増やし、プラズマの生成効率を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to increase the volume of the ECR space and improve the plasma generation efficiency in a mirror magnetic field generator applied to an ECR ion source.

本発明に係るミラー磁場発生装置は、ECRイオン源に適用され、主磁場発生部材によってプラズマ生成空間内に荷電粒子を閉じ込めるミラー磁場を発生させるためのミラー磁場発生装置であって、前記プラズマ生成空間における磁場方向の端部側に、前記ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させ分散した磁力線をそれぞれ集束するための複数の磁力集束部材が配置されている。 The mirror magnetic field generator according to the present invention is a mirror magnetic field generator applied to an ECR ion source and for generating a mirror magnetic field in which charged particles are confined in a plasma generation space by a main magnetic field generation member, and is the plasma generation space. On the end side in the magnetic field direction in the above, a plurality of magnetic force focusing members for dispersing the magnetic field lines on the end side in the mirror magnetic field and focusing the dispersed magnetic field lines are arranged.

複数の磁力集束部材によって、ミラー磁場における端部側の磁力線が分散され、分散された磁力線が各磁力集束部材によって集束され、ここに小さなミラー磁場が形成される。1つの磁力集束部材が集束を行う領域が小さくなって磁場の変化する領域が低減するので、集束に要する磁場方向(Z軸方向)の距離が短くなる。各磁力集束部材で発生する局所的磁場のピ−ク値は、分散前と同程度とすることができ、ミラー磁場による荷電粒子の閉じ込め度合いを同程度とすることができる。 The magnetic field lines on the end side in the mirror magnetic field are dispersed by the plurality of magnetic field focusing members, and the dispersed magnetic field lines are focused by each magnetic field focusing member, and a small mirror magnetic field is formed here. Since the region where one magnetic force focusing member performs focusing is reduced and the region where the magnetic field changes is reduced, the distance in the magnetic field direction (Z-axis direction) required for focusing is shortened. The peak value of the local magnetic field generated by each magnetic force focusing member can be about the same as before dispersion, and the degree of confinement of charged particles by the mirror magnetic field can be about the same.

好ましくは、前記磁力集束部材は、前記磁場方向に磁極が形成された柱状の永久磁石からなる。また、磁力集束部材は、柱状の軟磁性材料からなってもよい。また、磁力集束部材は、前記磁場方向を軸として同心状に巻かれて互いに逆方向に電流を流すことによって前記ミラー磁場の磁力線を引き込む磁場を生じさせる2つ一組のコイルからなってもよい。 Preferably, the magnetic force focusing member comprises a columnar permanent magnet having magnetic poles formed in the direction of the magnetic field. Further, the magnetic force focusing member may be made of a columnar soft magnetic material. Further, the magnetic field focusing member may consist of two sets of coils that are wound concentrically around the magnetic field direction and generate a magnetic field that draws the magnetic field lines of the mirror magnetic field by passing currents in opposite directions. ..

例えば、前記磁力集束部材は、複数の同心円の円周方向に沿って互いに間隔を開けて配置される。 For example, the magnetic force focusing members are arranged so as to be spaced apart from each other along the circumferential direction of a plurality of concentric circles.

好ましくは、前記磁力集束部材は、前記ミラー磁場を形成するために端部側に配置されたヨークに対し前記プラズマ生成空間の内側に配置されており、前記ヨークによって形成される前記ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させる。 Preferably, the magnetic field focusing member is arranged inside the plasma generation space with respect to a yoke arranged on the end side to form the mirror magnetic field, and the end in the mirror magnetic field formed by the yoke. Disperse the magnetic field lines on the part side.

本発明に係るECRイオン源装置は、ミラー磁場発生装置と、前記プラズマ生成空間にガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ生成空間にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記プラズマ生成空間で生成されたイオンを外部を抽出する抽出手段と、を備える。 The ECR ion source device according to the present invention includes a mirror magnetic field generator, a gas supply means for supplying gas to the plasma generation space, a microwave introduction means for introducing microwaves into the plasma generation space, and the plasma generation space. It is provided with an extraction means for extracting the ions generated in the above.

本発明に係るミラー磁場形成方法は、ECRイオン源に適用され、主磁場発生部材によってプラズマ生成空間内に荷電粒子を閉じ込めるミラー磁場を発生させるためのミラー磁場発生方法であって、前記プラズマ生成空間における磁場方向の端部側に、前記ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させ分散した磁力線をそれぞれ集束するための複数の磁力集束部材を配置し、前記複数の磁力集束部材によって前記プラズマ生成空間内に複数の小さなミラー磁場を形成する。 The mirror magnetic field forming method according to the present invention is applied to an ECR ion source, and is a mirror magnetic field generating method for generating a mirror magnetic field in which charged particles are confined in a plasma generation space by a main magnetic field generating member, and is the plasma generation space. A plurality of magnetic force focusing members for dispersing and focusing the dispersed magnetic field lines in the mirror magnetic field are arranged on the end side in the magnetic field direction, and the plasma generation space is provided by the plurality of magnetic force focusing members. Form multiple small mirror magnetic fields within.

本発明によると、ECRイオン源に適用されるミラー磁場発生装置において、ECR空間の体積を増やし、プラズマの生成効率を向上させることができる。 According to the present invention, in the mirror magnetic field generator applied to the ECR ion source, the volume of the ECR space can be increased and the plasma generation efficiency can be improved.

本発明のミラー磁場発生装置の概略の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the schematic structure of the mirror magnetic field generator of this invention. 図1のミラー磁場発生装置のプラズマ生成空間の左右側面を見た図である。It is a figure which looked at the left-right side surface of the plasma generation space of the mirror magnetic field generator of FIG. ミラー磁場の磁束分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the magnetic flux distribution of a mirror magnetic field. 磁力集束部材の形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the shape of the magnetic force focusing member. 本発明のミラー磁場発生装置における概略の構成の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the schematic structure in the mirror magnetic field generator of this invention. 図5のミラー磁場発生装置の磁力集束部材の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of the magnetic field focusing member of the mirror magnetic field generator of FIG. 本発明の一実施形態のECRイオン源装置を示す図である。It is a figure which shows the ECR ion source apparatus of one Embodiment of this invention. 上流側カバ−部材の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the upstream cover member. 下流側カバ−部材の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the downstream cover member. 一実施形態のECRイオン源装置における磁束分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the magnetic flux distribution in the ECR ion source apparatus of one Embodiment. 抽出側の磁力集束部材の近辺の磁束分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the magnetic flux distribution in the vicinity of the magnetic force focusing member on the extraction side. 磁力集束部材としてコイルを用いた場合の磁束分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the magnetic flux distribution when a coil is used as a magnetic force focusing member.

〔ミラー磁場発生装置の基本的な構成〕
本発明のミラー磁場発生装置の基本的な構成について、図1に示す例によって説明する。
[Basic configuration of mirror magnetic field generator]
The basic configuration of the mirror magnetic field generator of the present invention will be described with reference to the example shown in FIG.

図1にはミラー磁場発生装置3の概略の構成の例が、図2には図1のミラー磁場発生装置3のプラズマ生成空間100における左右方向の内側面を見た図が、それぞれ示されている。 FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of the mirror magnetic field generator 3, and FIG. 2 shows a view of the inner surface of the mirror magnetic field generator 3 of FIG. 1 in the left-right direction in the plasma generation space 100. There is.

図1および図2において、ミラー磁場発生装置3は、ECRイオン源に適用され、主磁場発生部材によってプラズマ生成空間(プラズマチャンバー)100内に荷電粒子を閉じ込めるミラー磁場を発生させる。 In FIGS. 1 and 2, the mirror magnetic field generator 3 is applied to an ECR ion source to generate a mirror magnetic field in which charged particles are confined in the plasma generation space (plasma chamber) 100 by a main magnetic field generating member.

プラズマ生成空間100における磁場方向の両端部側に、ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させ、分散した磁力線をそれぞれ集束するための複数の磁力集束部材20、21が配置されている。 A plurality of magnetic force focusing members 20 and 21 for dispersing the magnetic field lines on the end side in the mirror magnetic field and focusing the dispersed magnetic field lines are arranged on both ends in the magnetic field direction in the plasma generation space 100.

すなわち、ミラー磁場発生装置3は、主磁場発生部材である環状の永久磁石11,12、ヨーク13、14、15、および複数の磁力集束部材20、21などからなる。 That is, the mirror magnetic field generator 3 includes annular permanent magnets 11, 12, yokes 13, 14, 15, and a plurality of magnetic field focusing members 20, 21, which are main magnetic field generating members.

永久磁石11、12は、それぞれ径方向に着磁され、上流側の永久磁石11は内径側がN、外径側がSであり、下流側の永久磁石12はその逆である。 The permanent magnets 11 and 12 are magnetized in the radial direction, respectively. The permanent magnet 11 on the upstream side has N on the inner diameter side and S on the outer diameter side, and the permanent magnet 12 on the downstream side has the opposite.

ヨーク13、14、15は、鉄または硅素鋼板などの軟磁性材料からなり、永久磁石11、12による磁束分布を調整し、プラズマ生成空間100にミラー磁場となる数キロガウス程度の強い一様磁場を形成する。ヨーク13には、ガスおよび2〜8GHz程度のマイクロ波を導入するための導入口13aが設けられる。ヨーク14には、生成されたイオンを抽出(導出)するための抽出口14aが設けられる。ヨーク15は、プラズマ生成空間100への磁場を強めるとともに、外部への磁束漏洩を防止する。 The yokes 13, 14 and 15 are made of a soft magnetic material such as iron or a silicon steel plate, and the magnetic flux distribution by the permanent magnets 11 and 12 is adjusted to apply a strong uniform magnetic field of about several kilogauss to the plasma generation space 100 as a mirror magnetic field. Form. The yoke 13 is provided with an introduction port 13a for introducing gas and microwaves of about 2 to 8 GHz. The yoke 14 is provided with an extraction port 14a for extracting (deriving) the generated ions. The yoke 15 strengthens the magnetic field to the plasma generation space 100 and prevents magnetic flux leakage to the outside.

なお、磁力集束部材20,21は、ミラー磁場を形成するために端部側に配置されたヨーク13、14に対し、プラズマ生成空間100の内側に配置されており、ヨーク13、14によって形成されるミラー磁場における端部側の磁力線を、それぞれ分散させるようになっている。 The magnetic force focusing members 20 and 21 are arranged inside the plasma generation space 100 with respect to the yokes 13 and 14 arranged on the end side for forming the mirror magnetic field, and are formed by the yokes 13 and 14. The magnetic field lines on the end side of the mirror magnetic field are dispersed.

なお、ここに示す永久磁石11、12およびヨーク13、14、15の形状、配置、材質、個数、着磁方向などは一例であり、ECR条件(共鳴条件)や装置の仕様などに応じて適宜選定すればよい。例えば、ヨーク13と磁力集束部材20とを接触させる、ヨーク14と磁力集束部材21とを離間させる、ヨーク15と永久磁石11とを離間させる、など、配置を種々変更することが可能である。
〔永久磁石による磁力集束部材〕
磁力集束部材20、21は、いずれも、磁場方向に磁極が形成された円柱状の永久磁石20a,21aからなる。永久磁石20a,21aとして、例えば、鉄を主成分とする合金磁石、フェライト磁石、または、サマリウム−コバルト磁石やネオジム磁石などの希土類磁石など、種々の材料からなる永久磁石を用いることができる。
The shapes, arrangements, materials, numbers, magnetizing directions, etc. of the permanent magnets 11 and 12 and the yokes 13, 14 and 15 shown here are examples, and are appropriately determined according to the ECR conditions (resonance conditions) and the specifications of the device. You can select it. For example, the arrangement can be changed in various ways, such as bringing the yoke 13 into contact with the magnetic force focusing member 20, separating the yoke 14 from the magnetic force focusing member 21, and separating the yoke 15 from the permanent magnet 11.
[Magnetic focusing member with permanent magnet]
The magnetic focusing members 20 and 21 are each composed of columnar permanent magnets 20a and 21a having magnetic poles formed in the direction of the magnetic field. As the permanent magnets 20a and 21a, permanent magnets made of various materials such as alloy magnets containing iron as a main component, ferrite magnets, and rare earth magnets such as samarium-cobalt magnets and neodymium magnets can be used.

なお、プラズマからの熱による減磁を防ぐために、これら永久磁石を後述するようにセラミックス材料からなるカバー部材中に埋め込み、直接にプラズマに曝されないようすることが有効である。耐熱の要求が大きい場合には、サマリウム−コバルト磁石の使用が有効である。 In order to prevent demagnetization due to heat from the plasma, it is effective to embed these permanent magnets in a cover member made of a ceramic material as described later so as not to be directly exposed to the plasma. When the demand for heat resistance is high, it is effective to use a samarium-cobalt magnet.

複数の永久磁石20a,21aは、複数の同心円の円周方向に沿って互いに等間隔で配置されている。 The plurality of permanent magnets 20a and 21a are arranged at equal intervals with each other along the circumferential direction of the plurality of concentric circles.

つまり、図2に示すように、複数の永久磁石20a,21aは、それぞれ、内側の小円と外側の大円との2つの円の円周に沿ってそれぞれ配置されている。内側の円周よりも外側の円周に配置された個数の方が多く、永久磁石20a,21aのそれぞれの間隔はほぼ均等となっている。 That is, as shown in FIG. 2, the plurality of permanent magnets 20a and 21a are arranged along the circumferences of two circles, an inner small circle and an outer great circle, respectively. The number of permanent magnets 20a and 21a arranged on the outer circumference is larger than that on the inner circumference, and the intervals between the permanent magnets 20a and 21a are almost equal.

また、複数の永久磁石20a,21aのそれぞれの先端面、つまり、複数の永久磁石20aの先端面または複数の永久磁石21aの先端面は、それぞれ同一の平面上にある。つまり、例えば複数の永久磁石20aのそれぞれの先端面は、Z軸方向において同じ位置にあり、それらによってZ軸に垂直な単一の平面を形成する。また、この平面よりもプラズマ生成空間100の内側には、磁場に影響を及ぼす他の磁性材料またはコイルなどは存在しない。つまり、ヨーク13,14などは、永久磁石20a,21aの外側にあり、ミラー磁場を最終的に制御するのは磁力集束部材である永久磁石20a,21aである。 Further, the respective tip surfaces of the plurality of permanent magnets 20a and 21a, that is, the tip surfaces of the plurality of permanent magnets 20a or the tip surfaces of the plurality of permanent magnets 21a are on the same plane. That is, for example, the respective tip surfaces of the plurality of permanent magnets 20a are at the same position in the Z-axis direction, thereby forming a single plane perpendicular to the Z-axis. Further, there is no other magnetic material or coil that affects the magnetic field inside the plasma generation space 100 from this plane. That is, the yokes 13, 14 and the like are outside the permanent magnets 20a and 21a, and it is the permanent magnets 20a and 21a that are magnetic focusing members that finally control the mirror magnetic field.

このように、ミラー磁場発生装置3において、プラズマ生成空間100の磁場方向の両端に位置するミラー磁場領域では、複数の極を持っている。その極数は、永久磁石20a,21aのそれぞれの個数に等しい。 As described above, in the mirror magnetic field generator 3, the mirror magnetic field regions located at both ends of the plasma generation space 100 in the magnetic field direction have a plurality of poles. The number of poles is equal to the number of permanent magnets 20a and 21a, respectively.

なお、ここでは複数の永久磁石20a,21aを、2つの円の円周方向に沿って配置したが、1つまたは3つ以上の円の円周方向に沿って配置してもよい。または、永久磁石20a,21aを、放射状またはマトリックス状に配置してもよい。 Although the plurality of permanent magnets 20a and 21a are arranged along the circumferential direction of the two circles here, they may be arranged along the circumferential direction of one or three or more circles. Alternatively, the permanent magnets 20a and 21a may be arranged radially or in a matrix.

また、永久磁石20a,21aの個数は、例えば10〜50個程度とすればよく、プラズマ生成空間100の端面の面積に応じて変更すればよい。永久磁石20aと永久磁石21aとについて、それらの個数および配置は異なるものでよいが、同じとしてもよい。 The number of permanent magnets 20a and 21a may be, for example, about 10 to 50, and may be changed according to the area of the end face of the plasma generation space 100. The number and arrangement of the permanent magnets 20a and the permanent magnets 21a may be different, but may be the same.

なお、プラズマ生成空間100を真空にするための排気装置など、プラズマ生成に必要な部材は適宜用いられる。 Members necessary for plasma generation, such as an exhaust device for creating a vacuum in the plasma generation space 100, are appropriately used.

図3にはミラー磁場発生装置3のプラズマ生成空間100におけるミラー磁場の磁束分布の例が示されている。 FIG. 3 shows an example of the magnetic flux distribution of the mirror magnetic field in the plasma generation space 100 of the mirror magnetic field generator 3.

図3(A)に示すように、プラズマ生成空間100内のミラー磁場は、両端部に配置された複数の永久磁石20a,21aによって、ミラー磁場における全体の磁力線(磁束)は分散され、それぞれの永久磁石20a,21aに入る磁力線(磁束)の量は個数分の1に減少する。分散された部分の磁力線(磁束)が、それぞれの永久磁石20a,21aによって集束される。 As shown in FIG. 3A, in the mirror magnetic field in the plasma generation space 100, the entire magnetic field lines (magnetic flux) in the mirror magnetic field are dispersed by the plurality of permanent magnets 20a and 21a arranged at both ends, and each of them. The amount of magnetic field lines (magnetic flux) entering the permanent magnets 20a and 21a is reduced to one-third of the number. The magnetic field lines (magnetic flux) of the dispersed portion are focused by the permanent magnets 20a and 21a, respectively.

それぞれの永久磁石20a,21aが磁力線を集束するので、1つの永久磁石20a,21aが集束を行う領域が小さくなり、磁場の変化する領域が低減し、したがって集束に要する磁場方向(Z軸方向)の距離が短くなる。そのため、磁場の一様な領域つまりECR条件を満たす空間(ECR空間)の磁場方向の長さが長くなる。 Since the respective permanent magnets 20a and 21a focus the magnetic field lines, the region where one permanent magnet 20a and 21a focuses is reduced, the region where the magnetic field changes is reduced, and therefore the magnetic field direction (Z-axis direction) required for focusing is reduced. The distance of is shortened. Therefore, the length of the uniform region of the magnetic field, that is, the space satisfying the ECR condition (ECR space) in the magnetic field direction becomes long.

なお、各永久磁石20a,21aで発生する局所的磁場のピ−ク値は、複数の永久磁石20a,21aによる分散前と同程度とすることができ、ミラー磁場における荷電粒子の閉じ込め度合いを同程度とすることができる。つまり、各永久磁石20a,21aの近辺においてECR空間の例えば2倍程度のピ−ク値の磁場を局所的に発生させることによって、ミラー磁場による十分な閉じ込め効果が得られる。 The peak value of the local magnetic field generated by each of the permanent magnets 20a and 21a can be the same as before the dispersion by the plurality of permanent magnets 20a and 21a, and the degree of confinement of the charged particles in the mirror magnetic field is the same. Can be a degree. That is, by locally generating a magnetic field having a peak value of, for example, about twice that of the ECR space in the vicinity of the permanent magnets 20a and 21a, a sufficient confinement effect by the mirror magnetic field can be obtained.

すなわち、ミラー磁場発生装置3においては、両端部に配置した複数の永久磁石20a,21aのそれぞれによって、ミラー磁場における端部の極を形成し、各永久磁石20a,21aの個数と同じ個数の小さなミラー磁場を形成したものといえる。この意味で、ミラー磁場発生装置3は、マルチミラー磁場方式(マルチミラー方式)であるといえる。 That is, in the mirror magnetic field generator 3, the plurality of permanent magnets 20a and 21a arranged at both ends form poles at the ends of the mirror magnetic field, and the number of small permanent magnets 20a and 21a is the same as the number of the permanent magnets 20a and 21a. It can be said that a mirror magnetic field was formed. In this sense, it can be said that the mirror magnetic field generator 3 is a multi-mirror magnetic field system (multi-mirror system).

つまり、ミラー磁場発生装置3においては、プラズマ生成空間100の両端部において各永久磁石20a,21aのそれぞれの個数と同じ個数の極を持つこととなる。この点、従来のミラー磁場発生装置が「単一の極を持つ」ことと対比すると、ここで述べるミラー磁場発生装置3は「多数の極を持つ」ものであり、これがミラー磁場発生装置3における大きな特徴である。 That is, the mirror magnetic field generator 3 has the same number of poles as the number of the permanent magnets 20a and 21a at both ends of the plasma generation space 100. In this respect, in contrast to the conventional mirror magnetic field generator "having a single pole", the mirror magnetic field generator 3 described here "has a large number of poles", which is the mirror magnetic field generator 3. It is a big feature.

さて、図3(B)に示すように、プラズマ生成空間100における磁場は、永久磁石20a,21aが配置された両端部において強いピークがあり、中央部においてその半分程度のフラットな一様磁場となる。プラズマ生成空間100におけるミラー領域EMのZ軸方向の長さをEM1とすると、磁場の一様なECR空間EEの長さはEE1であり、ミラー領域EMの長さEM1に比べてECR空間EEの長さEE1は大きく減少することなく十分に確保される。 As shown in FIG. 3B, the magnetic field in the plasma generation space 100 has strong peaks at both ends where the permanent magnets 20a and 21a are arranged, and has a flat uniform magnetic field about half of that in the central portion. Become. Assuming that the length of the mirror region EM in the plasma generation space 100 in the Z-axis direction is EM1, the length of the ECR space EE with a uniform magnetic field is EE1, which is the length of the ECR space EE as compared with the length EM1 of the mirror region EM. The length EE1 is sufficiently secured without being significantly reduced.

なお、ECR空間EEの半径方向の大きさについては、永久磁石20a,21aを設けることによっては変わらないので、結局、永久磁石20a,21aを設けることによって、限られたプラズマ生成空間100においてECR空間EEの体積を増やすことができる。これにより、プラズマの生成効率を向上させることができる。 The radial size of the ECR space EE does not change depending on the provision of the permanent magnets 20a and 21a. Therefore, by providing the permanent magnets 20a and 21a, the ECR space 100 can be used in the limited plasma generation space 100. The volume of EE can be increased. Thereby, the plasma generation efficiency can be improved.

したがって、ミラー磁場発生装置3を用いてECRイオン源装置を構成した場合に、ECRイオン源装置から抽出されるイオンの量の増大つまり引出電流の増大を効率的に行うことができる。 Therefore, when the ECR ion source device is configured by using the mirror magnetic field generator 3, the amount of ions extracted from the ECR ion source device, that is, the withdrawal current can be increased efficiently.

図4には磁力集束部材の形状の例が示されている。 FIG. 4 shows an example of the shape of the magnetic force focusing member.

図4(A)の磁力集束部材20aは、円柱状である。その寸法はプラズマ生成空間100の大きさに大きく依存するが、例えば、プラズマ生成空間100が円柱状であって直径および長さともに34mmである場合に、磁力集束部材20aは、その直径が2〜5mm、長さが2〜5mm程度である。例えば、直径が3mm、長さが3mmである。これら以外の寸法でもよい。円柱の直径と長さとの比率は、例えば、1対1、1対1.5、1対2、その他の種々比率とすることができる。 The magnetic force focusing member 20a of FIG. 4A has a columnar shape. Its dimensions largely depend on the size of the plasma generation space 100. For example, when the plasma generation space 100 is columnar and has a diameter and a length of 34 mm, the magnetic force focusing member 20a has a diameter of 2 to 2. It is about 5 mm and has a length of about 2 to 5 mm. For example, it has a diameter of 3 mm and a length of 3 mm. Dimensions other than these may be used. The ratio of the diameter to the length of the cylinder can be, for example, 1: 1, 1: 1.5, 1: 2, or any other ratio.

図4(B)の磁力集束部材20bは、六角柱状である。図4(C)の磁力集束部材20cは、砲弾状である。図4(D)の磁力集束部材20dは、先端部が円錐状である。 The magnetic force focusing member 20b of FIG. 4B has a hexagonal columnar shape. The magnetic force focusing member 20c of FIG. 4C has a cannonball shape. The tip of the magnetic force focusing member 20d shown in FIG. 4D has a conical shape.

これらの形状の他、これらを組み合わせた形状、その他種々の形状とすることが可能である。
〔軟磁性材料による磁力集束部材〕
上に述べた例では、磁力集束部材20、21として永久磁石20a,21aを用いた例を説明したが、永久磁石20a,21aに代えて軟磁性材料を用いてもよい。
In addition to these shapes, it is possible to form a combination of these shapes and various other shapes.
[Magnetic force focusing member made of soft magnetic material]
In the above-mentioned example, the example in which the permanent magnets 20a and 21a are used as the magnetic focusing members 20 and 21 has been described, but a soft magnetic material may be used instead of the permanent magnets 20a and 21a.

つまり、磁力集束部材20、21を、柱状の軟磁性材料を用いて構成してもよい。軟磁性材料は、保持力が小さく透磁率が大きい。例えば、鉄、ケイ素鋼、パーメンジュールなどである。パーメンジュールは、飽和磁化が高く、高磁場発生に有利である。 That is, the magnetic force focusing members 20 and 21 may be configured by using a columnar soft magnetic material. The soft magnetic material has a small holding force and a large magnetic permeability. For example, iron, silicon steel, permendur and the like. Permendur has a high saturation magnetization and is advantageous for generating a high magnetic field.

軟磁性材料を用いた場合には、ミラー磁場の端部の空間の磁束が透磁率の高い軟磁性材料に引き寄せられるので、永久磁石の場合と同様に、ミラー磁場における全体の磁力線(磁束)は分散され、分散された部分の磁力線(磁束)が、それぞれの軟磁性材料からなる磁力集束部材によって集束される。 When a soft magnetic material is used, the magnetic flux in the space at the end of the mirror magnetic field is attracted to the soft magnetic material with high magnetic permeability. The magnetic field lines (magnetic flux) of the dispersed portion are focused by the magnetic force focusing member made of each soft magnetic material.

すなわち、磁力集束部材20、21として軟磁性材料を用いた場合も、これらによってプラズマ生成空間100の両端部に多数の極を形成し、磁力集束部材20、21のそれぞれの個数と同じ個数の小さなミラー磁場を形成することができる。 That is, even when soft magnetic materials are used as the magnetic force focusing members 20 and 21, a large number of poles are formed at both ends of the plasma generation space 100 by these, and the number of small magnetic force focusing members 20 and 21 is the same as the number of each. A mirror magnetic field can be formed.

したがって、永久磁石の場合と同様に、1つの磁力集束部材が集束を行う面積が小さくなり、磁場の変化する領域が低減して集束に要するZ軸方向の距離が短くなる。そのため、磁場の一様な領域つまりECR条件を満たす空間(ECR空間)の磁場方向の長さが長くなってECR空間EEの体積を増やすことができる。 Therefore, as in the case of the permanent magnet, the area where one magnetic force focusing member focuses is reduced, the region where the magnetic field changes is reduced, and the distance required for focusing in the Z-axis direction is shortened. Therefore, the length of the uniform region of the magnetic field, that is, the space satisfying the ECR condition (ECR space) in the magnetic field direction becomes long, and the volume of the ECR space EE can be increased.

また、軟磁性材料を用いた場合には、永久磁石を用いる場合よりも低コストであり、耐熱性および強度が大きいという利点がある。
〔コイルによる磁力集束部材〕
図5には本発明の他の例のミラー磁場発生装置3Bにおける概略の構成が、図6には図5のミラー磁場発生装置3Bの磁力集束部材である磁力集束コイル22、23の構成の例が、それぞれ示されている。
Further, when a soft magnetic material is used, the cost is lower than when a permanent magnet is used, and there are advantages that heat resistance and strength are high.
[Magnetic force focusing member by coil]
FIG. 5 shows a schematic configuration of the mirror magnetic field generator 3B of another example of the present invention, and FIG. 6 shows an example of the configuration of the magnetic field focusing coils 22 and 23 which are magnetic field focusing members of the mirror magnetic field generator 3B of FIG. However, each is shown.

図5において、ミラー磁場発生装置3Bは、ECRイオン源に適用され、主磁場発生部材によってプラズマ生成空間100内に荷電粒子を閉じ込めるミラー磁場を発生させる。主磁場発生部材として円筒状のコイル16が設けられており、コイル16に電流を流すことによって環状の内部に主磁界が形成される。 In FIG. 5, the mirror magnetic field generator 3B is applied to an ECR ion source to generate a mirror magnetic field in which charged particles are confined in the plasma generation space 100 by a main magnetic field generating member. A cylindrical coil 16 is provided as a main magnetic field generating member, and a main magnetic field is formed inside an annular shape by passing an electric current through the coil 16.

プラズマ生成空間100Bにおける磁場方向の端部側に、ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させ分散した磁力線をそれぞれ集束するための複数の磁力集束コイル22、23が配置されている。 A plurality of magnetic force focusing coils 22 and 23 for dispersing the magnetic field lines on the end side in the mirror magnetic field and focusing the dispersed magnetic field lines are arranged on the end side in the magnetic field direction in the plasma generation space 100B.

磁力集束コイル22、23は、いずれも、磁場方向を軸として同心状に巻かれて互いに逆方向に電流を流すことによってミラー磁場の磁力線を引き込む磁場を生じさせる2つ一組のコイルからなる。 Each of the magnetic field focusing coils 22 and 23 is composed of a pair of coils that are wound concentrically around the magnetic field direction and generate a magnetic field that draws in the magnetic field lines of the mirror magnetic field by passing currents in opposite directions.

つまり、図6に示すように、複数の磁力集束コイル22は、それぞれ、同心状に巻かれた2つのコイル221,222を接近させて同一平面状に配置したものである。内側に配置したコイル221と外側に配置したコイル222とに、互いに逆方向に電流を流すと、それらの間に矢線で示すような一方向の環状の磁場(磁束)BA1が生じる。この磁場BA1が、ミラー磁場の磁力線BA2を引き込む。コイル221,222に流す電流の方向を変えると、引き込む磁力線BA2の方向が変わる。 That is, as shown in FIG. 6, the plurality of magnetic force focusing coils 22 are arranged in the same plane with the two coils 221 and 222 wound concentrically close to each other. When a current is passed through the coil 221 arranged inside and the coil 222 arranged outside in opposite directions, a unidirectional annular magnetic flux (magnetic flux) BA1 as shown by an arrow is generated between them. This magnetic field BA1 draws in the magnetic field lines BA2 of the mirror magnetic field. When the direction of the current flowing through the coils 221 and 222 is changed, the direction of the drawn magnetic field line BA2 is changed.

したがって、磁場の方向に合わせて、磁力集束コイル22の配置方向または電流の方向を選択すればよい。 Therefore, the arrangement direction of the magnetic force focusing coil 22 or the direction of the current may be selected according to the direction of the magnetic field.

図5において、磁力集束コイル23は、磁力集束コイル22と同様に2つ一組のコイルからなり、2つのコイルに流す電流の方向を選択することによって、ミラー磁場の磁力線を引き込むための磁場が形成される。 In FIG. 5, the magnetic field focusing coil 23 is composed of a pair of coils like the magnetic field focusing coil 22, and the magnetic field for drawing the magnetic field line of the mirror magnetic field is generated by selecting the direction of the current flowing through the two coils. It is formed.

図5において、磁力集束コイル22、23は、それぞれの端部側に3個ずつ互いに対向するように配置されている。これにより、プラズマ生成空間100に三重の円環状の極が形成される。 In FIG. 5, three magnetic force focusing coils 22 and 23 are arranged so as to face each other on each end side. As a result, triple annular poles are formed in the plasma generation space 100.

このように、ミラー磁場発生装置3Bにおいては、複数の磁力集束コイル22、23によって両端部に円環状の多数の極が形成され、これら円環状の多数の極と中央部に形成される円筒状の一様磁場とによって3重層状のミラー磁場が形成されることとなる。なお、磁力集束コイル22、23の個数はこれに限らず、2個または4個以上であってもよい。 As described above, in the mirror magnetic field generator 3B, a plurality of annular poles are formed at both ends by the plurality of magnetic field focusing coils 22 and 23, and a large number of annular poles and a cylindrical shape formed at the center thereof. A three-layered mirror magnetic field is formed by the uniform magnetic field of. The number of magnetic force focusing coils 22 and 23 is not limited to this, and may be two or four or more.

なお、磁力集束コイル22、23によって生じる磁場のうち、コイル16が発生する磁場と逆向きの部分、つまり各磁力集束コイル22、23の外周面に発生する磁場は、それらの磁場が互いに相殺されるので、実装時には極となることはない。 Of the magnetic fields generated by the magnetic field focusing coils 22 and 23, the magnetic fields generated on the outer peripheral surfaces of the magnetic field focusing coils 22 and 23, that is, the magnetic fields opposite to the magnetic field generated by the coil 16, cancel each other out. Therefore, it does not become a pole at the time of mounting.

ミラー磁場発生装置3Bにおいても、それぞれの磁力集束コイル22、23が環状に磁力線を集束するので、1つの磁力集束コイル22、23が集束を行う面積が小さくなり、磁場の変化する領域が低減し、したがって集束に要するZ軸方向の距離が短くなる。そのため、磁場の一様な領域つまりECR空間の磁場方向の長さが長くなり、ECR空間EEの体積を増やすことができる。
〔ECRイオン源装置の実施形態の説明〕
次に、一実施形態のECRイオン源装置について説明する。
Also in the mirror magnetic field generator 3B, since the respective magnetic field focusing coils 22 and 23 focus the magnetic field lines in an annular shape, the area where one magnetic field focusing coil 22 and 23 focuses is reduced, and the region where the magnetic field changes is reduced. Therefore, the distance in the Z-axis direction required for focusing is shortened. Therefore, the length of the uniform region of the magnetic field, that is, the length of the ECR space in the magnetic field direction becomes long, and the volume of the ECR space EE can be increased.
[Explanation of Embodiment of ECR Ion Source Device]
Next, the ECR ion source device of one embodiment will be described.

図7には本発明の一実施形態のECRイオン源装置1が示されている。なお、図7は主要な部材の配置のみを示したものであり、補助的な部材および詳しい構造については図示が省略されている。 FIG. 7 shows an ECR ion source device 1 according to an embodiment of the present invention. Note that FIG. 7 shows only the arrangement of the main members, and the auxiliary members and the detailed structure are not shown.

図7において、ECRイオン源装置1は、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマチャンバー(プラズマ生成空間)110内に荷電粒子を閉じ込めるミラー磁場を発生させるためのミラー磁場発生装置4を内部に備えている。 In FIG. 7, the ECR ion source device 1 includes a mirror magnetic field generator 4 for generating a mirror magnetic field that traps charged particles in the plasma chamber (plasma generation space) 110 by electron cyclotron resonance.

ECRイオン源装置1は、取付けフランジ31、外ヨーク32、上流側の環状の永久磁石33、下流側の環状の永久磁石34、補助ヨーク35,36,37などを備える。 The ECR ion source device 1 includes a mounting flange 31, an outer yoke 32, an annular permanent magnet 33 on the upstream side, an annular permanent magnet 34 on the downstream side, auxiliary yokes 35, 36, 37 and the like.

さらに、チャンバーウオール38の内部のプラズマチャンバー110には、複数の磁力集束部材である永久磁石41、42、上流側カバ−部材43、下流側カバ−部材44、および円筒部材45などが設けられる。 Further, the plasma chamber 110 inside the chamber wall 38 is provided with a plurality of permanent magnets 41 and 42, an upstream cover member 43, a downstream cover member 44, a cylindrical member 45, and the like, which are magnetic force focusing members.

また、補助ヨーク36の上流側には、プラズマチャンバー110にガスをパルス状に供給するためのバルブ装置51が設けられる。 Further, on the upstream side of the auxiliary yoke 36, a valve device 51 for supplying gas to the plasma chamber 110 in a pulse shape is provided.

補助ヨーク37の下流側には、生成されたイオンを加速して抽出するための電極52が設けられる。 An electrode 52 for accelerating and extracting the generated ions is provided on the downstream side of the auxiliary yoke 37.

取付けフランジ31は、外ヨーク32を内装してECRイオン源装置1の全体を保持する。 The mounting flange 31 has an outer yoke 32 inside to hold the entire ECR ion source device 1.

永久磁石33,34は、それぞれ径方向に着磁され、かつ、上流側の永久磁石33と下流側の永久磁石34とは互いに逆方向に着磁されている。 The permanent magnets 33 and 34 are magnetized in the radial direction, respectively, and the permanent magnet 33 on the upstream side and the permanent magnet 34 on the downstream side are magnetized in opposite directions to each other.

補助ヨーク35,36,37は、軟磁性材料からなり、永久磁石33、34による磁束分布を調整し、プラズマチャンバー110にミラー磁場となる2000ガウス程度の強い磁場を形成する。 The auxiliary yokes 35, 36, 37 are made of a soft magnetic material, and the magnetic flux distribution by the permanent magnets 33, 34 is adjusted to form a strong magnetic field of about 2000 gauss, which is a mirror magnetic field, in the plasma chamber 110.

補助ヨーク36には、ガスおよびマイクロ波を導入するための導入口36aが設けられる。 The auxiliary yoke 36 is provided with an introduction port 36a for introducing gas and microwaves.

補助ヨーク37には、生成されたイオンを抽出(導出)するための抽出口37aが設けられる。つまり、補助ヨーク37は、中央部に抽出口37aが設けられた円板状の部材であり、かつ外周に向かうにしたがって厚さが厚くなっている。抽出口37aの周辺部分に、断面が略三角形状の環状の突起37bが設けられる。 The auxiliary yoke 37 is provided with an extraction port 37a for extracting (deriving) the generated ions. That is, the auxiliary yoke 37 is a disk-shaped member provided with an extraction port 37a in the central portion, and the thickness increases toward the outer circumference. An annular protrusion 37b having a substantially triangular cross section is provided around the extraction port 37a.

チャンバーウオール38は、銅またはアルミニウム合金などの非磁性材料からなり、補助ヨーク37とともにプラズマチャンバー110を外部から電磁遮蔽する。 The chamber wall 38 is made of a non-magnetic material such as copper or an aluminum alloy, and together with the auxiliary yoke 37, electromagnetically shields the plasma chamber 110 from the outside.

チャンバーウオール38の上流側の内端面には、プラズマチャンバー110で形成されるミラー磁場における端部側の磁力線を分散させ分散した磁力線をそれぞれ集束するための複数の永久磁石41が配置されている。永久磁石41は、上流側カバ−部材43に設けられた穴に嵌入した状態で、上流側カバ−部材43がチャンバーウオール38の表面に押しつけられることによって保持され、かつプラズマチャンバー110のプラズマなどから保護されている。 On the inner end surface on the upstream side of the chamber wall 38, a plurality of permanent magnets 41 for dispersing the magnetic field lines on the end side in the mirror magnetic field formed in the plasma chamber 110 and focusing the dispersed magnetic field lines are arranged. The permanent magnet 41 is held by being pressed against the surface of the chamber wall 38 in a state of being fitted into a hole provided in the upstream cover member 43, and is held from the plasma of the plasma chamber 110 or the like. It is protected.

また、補助ヨーク37の内側面には、同じく複数の永久磁石42が配置されている。永久磁石42は、下流側カバ−部材44に設けられた穴に嵌入した状態で、下流側カバ−部材44が補助ヨーク37の表面に押しつけられることによって保持され、かつプラズマチャンバー110から保護されている。 Further, a plurality of permanent magnets 42 are also arranged on the inner surface of the auxiliary yoke 37. The permanent magnet 42 is held by being pressed against the surface of the auxiliary yoke 37 while being fitted in the hole provided in the downstream cover member 44, and is protected from the plasma chamber 110. There is.

複数の永久磁石41および42のそれぞれの先端面は、同一の平面上にあり、Z軸に垂直な単一の平面を形成する。これら2つの平面の間には、磁場に影響を及ぼす他の磁性材料は存在しない。つまり、補助ヨーク36,37などは永久磁石41,42の先端面の外側にあり、ECR空間EEにおける一様磁場を最終的に制御するのは磁力集束部材である永久磁石41,42である。 The tip surfaces of the plurality of permanent magnets 41 and 42 are on the same plane and form a single plane perpendicular to the Z axis. There are no other magnetic materials that affect the magnetic field between these two planes. That is, the auxiliary yokes 36, 37 and the like are outside the tip surfaces of the permanent magnets 41, 42, and it is the permanent magnets 41, 42, which are magnetic focusing members, that finally control the uniform magnetic field in the ECR space EE.

なお、永久磁石41および42のそれぞれの先端面は、1つの平面を形成するのでなく、放物面または球面などの1つの曲面を構成するように配置してもよい。 The tip surfaces of the permanent magnets 41 and 42 may be arranged so as to form one curved surface such as a paraboloid or a spherical surface instead of forming one plane.

上流側カバ−部材43および下流側カバ−部材44の外周面の一部には切り欠きが設けてあり、この切り欠きにチャンバーウオール38の内周面に嵌まり込んだ円筒部材45の両端部が嵌まり込んでいる。 Notches are provided in a part of the outer peripheral surfaces of the upstream cover member 43 and the downstream cover member 44, and both ends of the cylindrical member 45 fitted into the notches on the inner peripheral surface of the chamber wall 38. Is fitted.

これら、上流側カバ−部材43、下流側カバ−部材44、および円筒部材45は、アルミナまたは陶磁器などのセラミックス材料からなる。セラミックス材料は、強度、硬度、耐熱性ともに大きく、精密な形状に加工でき、また電気伝導率が極めて低く絶縁性に優れる。なお、これらをガラス材料から製作してもよい。 The upstream cover member 43, the downstream cover member 44, and the cylindrical member 45 are made of a ceramic material such as alumina or ceramics. Ceramic materials have high strength, hardness, and heat resistance, can be processed into precise shapes, have extremely low electrical conductivity, and have excellent insulation properties. In addition, these may be manufactured from a glass material.

チャンバーウオール38の内周面つまりプラズマチャンバー110の外周面をセラミックス材料で覆った場合に、ガスまたはプラズマが収容される容積はセラミックス材料の厚み分だけ減少するが、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の容積としては元のプラズマチャンバー110の容積とほぼ同じとし、または下げることができる。 When the inner peripheral surface of the chamber wall 38, that is, the outer peripheral surface of the plasma chamber 110 is covered with a ceramic material, the volume of gas or plasma accommodated is reduced by the thickness of the ceramic material, but the volume of electron cyclotron resonance by microwaves. The volume of the original plasma chamber 110 can be made to be substantially the same as or lower than that of the original plasma chamber 110.

バルブ装置51は、ピエゾ素子を用いて、例えば25Hzの周期つまり40msの間隔でパルス状に開閉してガスを供給するようになっている。 The valve device 51 uses a piezo element to open and close in a pulse shape at intervals of, for example, 25 Hz, that is, 40 ms to supply gas.

図8には上流側カバ−部材43の形状が、図9には下流側カバ−部材44の形状が、それぞれ示されている。 FIG. 8 shows the shape of the upstream cover member 43, and FIG. 9 shows the shape of the downstream cover member 44.

図8において、上流側カバ−部材43は、円板状であり、上流側の面に、永久磁石41を嵌入させるための複数の穴201が設けられる。穴201の寸法(サイズ)は、嵌入して保持した永久磁石41が穴の内部でガタつかない程度の大きさおよび公差である。 In FIG. 8, the upstream cover member 43 has a disk shape, and a plurality of holes 201 for fitting the permanent magnets 41 are provided on the upstream surface. The size of the hole 201 is such that the permanent magnet 41 fitted and held does not rattle inside the hole and has a tolerance.

例えば、永久磁石41の直径が3mm、長さが3mmである場合に、穴201の寸法はこれと同じであり、公差は例えば中間ばめかすきまばめとしておく。 For example, when the diameter of the permanent magnet 41 is 3 mm and the length is 3 mm, the dimensions of the hole 201 are the same, and the tolerance is set to, for example, an intermediate fit or a gap fit.

また、上流側カバ−部材43には、上流側の面の中心部に貫通しない円形の穴202が設けられ、下流側の面の中心部から外れた位置に、穴202と一部が重なる位置に貫通しない長円形の4つの穴203〜206が等間隔で設けられる。これらの穴203〜206は、穴201と干渉しない位置に設けられる。 Further, the upstream cover member 43 is provided with a circular hole 202 that does not penetrate through the center of the upstream surface, and a position that partially overlaps the hole 202 at a position deviated from the center of the downstream surface. Four oval holes 203 to 206 that do not penetrate through the holes are provided at equal intervals. These holes 203 to 206 are provided at positions that do not interfere with the holes 201.

上流側から供給されるガスは、穴202から穴203〜206を経由してプラズマチャンバー110内に入るが、穴202に入ってからそのまま直進することなく、4つの穴203〜206からプラズマチャンバー110内に分散して入る。 The gas supplied from the upstream side enters the plasma chamber 110 from the holes 202 via the holes 203 to 206, but does not go straight after entering the holes 202 and goes straight through the four holes 203 to 206 in the plasma chamber 110. Disperse and enter inside.

また、上流側カバ−部材43には、他の穴と干渉しない位置に、溝207が設けられ、この溝207に、プラズマチャンバー110にマイクロ波を供給するためのマイクロ波導入手段としてのアンテナが設けられる。 Further, the upstream cover member 43 is provided with a groove 207 at a position where it does not interfere with other holes, and an antenna as a microwave introducing means for supplying microwaves to the plasma chamber 110 is provided in the groove 207. Provided.

図9において、下流側カバ−部材44は、円板状であり、下流側の面に、永久磁石42を嵌入させるための複数の穴211が設けられる。下流側カバ−部材44の中心部に、貫通する円形の穴212が設けられ、上流側の開口部に面取りがされて径大の開口部213となっている。穴212に、補助ヨーク37の突起37bの外周面が嵌入し、下流側カバ−部材44が保持されるとともに、抽出口37aへの経路が滑らかに連続するようになっている。 In FIG. 9, the downstream cover member 44 has a disk shape, and a plurality of holes 211 for fitting the permanent magnets 42 are provided on the downstream surface. A circular hole 212 penetrating is provided in the center of the downstream cover member 44, and the opening on the upstream side is chamfered to form a large-diameter opening 213. The outer peripheral surface of the protrusion 37b of the auxiliary yoke 37 is fitted into the hole 212 to hold the downstream cover member 44, and the path to the extraction port 37a is smoothly continuous.

なお、上流側カバ−部材43および下流側カバ−部材44の厚さは、永久磁石41,42の長さに対して若干の厚さを加えた程度であり、無用に厚くしない。つまり、それぞれに設けた穴201,211の底部分の厚さを、機械的強度および耐摩耗性を考慮した程度の厚さとし、永久磁石41,42の直径よりも十分に小さく、例えば、0.5〜2mm程度である。底部分の厚さ薄くして全体の厚さが無用に大きくならないようにすることにより、永久磁石41,42により形成されるミラー磁場(サブミラー磁場)によるECR空間EEを実際のプラズマ生成のために利用できる。 The thickness of the upstream cover member 43 and the downstream cover member 44 is only a slight thickness added to the lengths of the permanent magnets 41 and 42, and is not unnecessarily thickened. That is, the thickness of the bottom portion of the holes 2011 and 211 provided in each is set to a thickness that takes mechanical strength and wear resistance into consideration, and is sufficiently smaller than the diameters of the permanent magnets 41 and 42, for example, 0. It is about 5 to 2 mm. By thinning the thickness of the bottom part so that the overall thickness does not become unnecessarily large, the ECR space EE by the mirror magnetic field (sub-mirror magnetic field) formed by the permanent magnets 41 and 42 is used for actual plasma generation. Available.

図10にはECRイオン源装置1における磁束分布の例が、図11には補助ヨーク37の内側面に配置された永久磁石42の近辺の磁束分布の例が、図12には磁力集束部材としてコイルを用いた場合の磁束分布の例が、それぞれ示されている。 FIG. 10 shows an example of the magnetic flux distribution in the ECR ion source device 1, FIG. 11 shows an example of the magnetic flux distribution in the vicinity of the permanent magnet 42 arranged on the inner surface of the auxiliary yoke 37, and FIG. 12 shows the magnetic flux focusing member. Examples of magnetic flux distribution when a coil is used are shown respectively.

なお、図10および図11に示す磁束分布は、図7に示す構造について、コンピュータシミュレーションにより描いたものである。図12に示す磁束分布は、一様磁場の中に図6で説明した磁力集束コイル22を置いた状態について、コンピュータシミュレーションにより描いたものである。 The magnetic flux distributions shown in FIGS. 10 and 11 are drawn by computer simulation for the structure shown in FIG. 7. The magnetic flux distribution shown in FIG. 12 is drawn by computer simulation in a state where the magnetic flux focusing coil 22 described with reference to FIG. 6 is placed in a uniform magnetic field.

図10に示すように、プラズマチャンバー110内において、ほぼ一様な磁場が形成されている。 As shown in FIG. 10, a substantially uniform magnetic field is formed in the plasma chamber 110.

図11に示すように、補助ヨーク37の近辺においては、複数の磁力集束部材である永久磁石42によって磁力線(磁束)が分散され、分散した磁力線がそれぞれ永久磁石42に集束されている。図から、永久磁石42に向かう磁場の変化する領域が小さく、集束に要するZ軸方向の距離が短いことが分かる。 As shown in FIG. 11, in the vicinity of the auxiliary yoke 37, magnetic field lines (magnetic flux) are dispersed by a plurality of permanent magnets 42, which are magnetic force focusing members, and the dispersed magnetic field lines are focused on the permanent magnets 42, respectively. From the figure, it can be seen that the region where the magnetic field changes toward the permanent magnet 42 is small, and the distance in the Z-axis direction required for focusing is short.

図12に示すように、磁力集束部材である磁力集束コイル22によって磁力線(磁束)が分散され、分散した磁力線がそれぞれ磁力集束コイル22に集束されている。図から、磁力集束コイル22に向かう磁場の変化する領域が小さく、集束に要するZ軸方向の距離が短いことが分かる。 As shown in FIG. 12, the magnetic force lines (magnetic flux) are dispersed by the magnetic force focusing coil 22, which is a magnetic force focusing member, and the dispersed magnetic force lines are focused on the magnetic force focusing coil 22, respectively. From the figure, it can be seen that the region where the magnetic field changes toward the magnetic field focusing coil 22 is small, and the distance required for focusing in the Z-axis direction is short.

なお、ECRイオン源装置1において、バルブ装置51および導入口36aなどがガス供給手段の例であり、導入口36aおよび上流側カバ−部材43に装着されるアンテナなどがマイクロ波導入手段の例である。また、抽出口37aおよび電極52などが抽出手段の例である。 In the ECR ion source device 1, the valve device 51 and the introduction port 36a are examples of gas supply means, and the introduction port 36a and the antenna mounted on the upstream cover member 43 are examples of microwave introduction means. be. Further, the extraction port 37a, the electrode 52, and the like are examples of the extraction means.

なお、ガスとして、例えば、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなど、種々のガスが必要に応じて用いられる。また、マイクロ波導入手段として、アンテナの他に、導波管などを用いることが可能である。 As the gas, various gases such as hydrogen gas, helium gas, and argon gas are used as needed. Further, as a microwave introduction means, a waveguide or the like can be used in addition to the antenna.

次に、ECRイオン源装置1の動作について簡単に説明する。 Next, the operation of the ECR ion source device 1 will be briefly described.

図7に示すECRイオン源装置1において、プラズマチャンバー110の容積を50cc以下にするという制約により、プラズマチャンバー110の直径およびZ軸方向の長さを34mmとし、容積を30cc程度とする。2000ガウス程度の一様なECR空間EEにおいてECR条件を満たすよう、マイクロ波の周波数を6.2GHzとする。なお、これらの点に関して、上に上げた非特許文献1を参照することができる。 In the ECR ion source device 1 shown in FIG. 7, the diameter of the plasma chamber 110 and the length in the Z-axis direction are set to 34 mm and the volume is set to about 30 cc due to the restriction that the volume of the plasma chamber 110 is 50 cc or less. The microwave frequency is set to 6.2 GHz so that the ECR condition is satisfied in a uniform ECR space EE of about 2000 gauss. Regarding these points, Non-Patent Document 1 mentioned above can be referred to.

ミラー磁場が形成されたプラズマチャンバー110に、ガスを40msの間隔でパルス状に供給する。パルス状の1回のガスに対して、ECR空間EEで多量のイオンが生成される。生成されたイオンは、その直後に、電極52に印加された電圧により抽出されて加速され、次のステップのために出力される。 Gas is supplied in a pulse shape at intervals of 40 ms to the plasma chamber 110 in which the mirror magnetic field is formed. A large amount of ions are generated in the ECR space EE for one pulsed gas. Immediately after that, the generated ions are extracted and accelerated by the voltage applied to the electrode 52, and output for the next step.

このように、ECRイオン源装置1からイオンは周期的にパルス状に出力される。イオンの出力周期の間に、プラズマチャンバー110に残ったガスを、図示しない真空吸引装置によって排出する。プラズマチャンバー110の容積が小さいため、残ったガスの排出を短時間で十分に行うことができる。 In this way, the ions are periodically pulsed from the ECR ion source device 1. During the ion output cycle, the gas remaining in the plasma chamber 110 is discharged by a vacuum suction device (not shown). Since the volume of the plasma chamber 110 is small, the remaining gas can be sufficiently discharged in a short time.

上に述べたように、本実施形態のECRイオン源装置1によると、磁力集束部材の存在によって、ミラー磁場の端部における変化の領域が小さくなり、磁力線の集束に要する磁場方向の距離が短くなって、その分、ECR空間EEが大きくなるという効果がある。 As described above, according to the ECR ion source device 1 of the present embodiment, the region of change at the end of the mirror magnetic field becomes small due to the presence of the magnetic field focusing member, and the distance in the magnetic field direction required for focusing the magnetic field lines is short. Therefore, there is an effect that the ECR space EE becomes larger accordingly.

これにより、ECR空間EEの体積を増やし、プラズマの生成効率を向上させることができる。 As a result, the volume of the ECR space EE can be increased and the plasma generation efficiency can be improved.

また、磁力集束部材である永久磁石41,42は、上流側カバ−部材43または下流側カバ−部材44で保持されかつ保護されているので、永久磁石41,42の保持が容易であり、かつプラズマから保護されて十分に劣化の防止が図られる。上流側カバ−部材43または下流側カバ−部材44はセラミックス材料からなるので、ECR空間EEがこれにより減少することはなく、効率的にECR空間EEが形成される。 Further, since the permanent magnets 41 and 42, which are magnetic focusing members, are held and protected by the upstream cover member 43 or the downstream cover member 44, the permanent magnets 41 and 42 can be easily held and protected. It is protected from plasma and is sufficiently prevented from deteriorating. Since the upstream cover member 43 or the downstream cover member 44 is made of a ceramic material, the ECR space EE is not reduced by this, and the ECR space EE is efficiently formed.

なお、上に述べたECRイオン源装置1では、バルブ装置51を用いてガスをパルス状に供給したが、ガスを連続的に供給するようにしてもよい。 In the ECR ion source device 1 described above, the gas is supplied in a pulse shape by using the valve device 51, but the gas may be continuously supplied.

上に述べた実施形態のECRイオン源装置1およびミラー磁場発生装置4では、ミラー磁場を形成するのに永久磁石33,34を用いたが、これに代えてコイルを用いてもよい。補助ヨーク35,36,37などの寸法、形状、個数、配置などは、適当なミラー磁場を形成するために種々変更可能である。 In the ECR ion source device 1 and the mirror magnetic field generator 4 of the above-described embodiment, the permanent magnets 33 and 34 are used to form the mirror magnetic field, but a coil may be used instead. The dimensions, shape, number, arrangement, etc. of the auxiliary yokes 35, 36, 37 and the like can be variously changed in order to form an appropriate mirror magnetic field.

磁力集束部材である永久磁石41,42の形状、個数、磁力、配置などは、磁場を一様にするために種々変更することができる。永久磁石41,42に代えて、軟磁性材料またはコイルを用いてもよい。 The shapes, numbers, magnetic forces, arrangements, etc. of the permanent magnets 41 and 42, which are magnetic force focusing members, can be variously changed in order to make the magnetic field uniform. Instead of the permanent magnets 41 and 42, soft magnetic materials or coils may be used.

また、複数の磁力集束部材を基板に固定したものを用いてもよい。例えば、セラミックス材料などからなる円板状の基板の表面に、複数の磁力集束部材を配置して固定しておき、これを磁力集束部材として用いてよい。また例えば、軟磁性材料からなる円板状の基板の表面に、複数の軟磁性材料からなる磁力集束部材を配置して固定し、これを磁力集束部材として用いてよい。また例えば、軟磁性材料からなる円板状の基板の表面に、複数の軟磁性材料からなる磁力集束部材を一体的に形成して配置し、これを磁力集束部材として用いてよい。上流側の磁力集束部材と下流側の磁力集束部材とを異ならせてもよい。 Further, a plurality of magnetic force focusing members fixed to the substrate may be used. For example, a plurality of magnetic force focusing members may be arranged and fixed on the surface of a disk-shaped substrate made of a ceramic material or the like, and this may be used as the magnetic force focusing member. Further, for example, a magnetic force focusing member made of a plurality of soft magnetic materials may be arranged and fixed on the surface of a disk-shaped substrate made of a soft magnetic material, and this may be used as the magnetic force focusing member. Further, for example, a magnetic force focusing member made of a plurality of soft magnetic materials may be integrally formed and arranged on the surface of a disk-shaped substrate made of a soft magnetic material, and this may be used as the magnetic force focusing member. The magnetic force focusing member on the upstream side and the magnetic force focusing member on the downstream side may be different from each other.

また、ECR空間EEにおける磁場を一様にするために、適当な補助部材を用いてもよい。例えば、補助ヨーク37の突起37bの部分に、磁場が増強される方向に環状の永久磁石を取り付け、抽出口37aの近辺における磁場の低下を防止し、磁場の一様な領域を拡げるようにしてもよい。また、プラズマチャンバー110の外周面に六角形状の永久磁石などを配置してもよい。 Further, an appropriate auxiliary member may be used in order to make the magnetic field in the ECR space EE uniform. For example, an annular permanent magnet is attached to the protrusion 37b of the auxiliary yoke 37 in a direction in which the magnetic field is strengthened to prevent a decrease in the magnetic field in the vicinity of the extraction port 37a and expand a uniform region of the magnetic field. May be good. Further, a hexagonal permanent magnet or the like may be arranged on the outer peripheral surface of the plasma chamber 110.

また、磁力集束部材の形状や種類について、異なるものを組み合わせてもよい。上に述べた種々の事項および図に示された事項について、適宜組み合わせて実施することが可能である。 Further, different shapes and types of magnetic force focusing members may be combined. It is possible to carry out the various items described above and the items shown in the figure in appropriate combinations.

上に述べた実施形態のECRイオン源装置1では、生成したイオンをZ軸方向の端部から抽出した。しかし、これに代えて、Z軸方向の中央部からイオンを抽出するようにしてもよい。この場合には、プラズマチャンバー110における両端部の構造および形状を左右対称に近い状態とすることも可能である。 In the ECR ion source device 1 of the embodiment described above, the generated ions were extracted from the end portion in the Z-axis direction. However, instead of this, ions may be extracted from the central portion in the Z-axis direction. In this case, it is also possible to make the structure and shape of both ends of the plasma chamber 110 nearly symmetrical.

その他、磁力集束部材20,21、永久磁石20a,21a、磁力集束コイル22、23、永久磁石41,42、上流側カバ−部材43、下流側カバ−部材44、またはミラー磁場発生装置3、3B、4とECRイオン源装置1などの全体の構成、構造、形状、材質、個数、配置、ECR条件のための磁場の強度、マイクロ波の周波数などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。 In addition, magnetic field focusing members 20, 21, permanent magnets 20a, 21a, magnetic field focusing coils 22, 23, permanent magnets 41, 42, upstream cover member 43, downstream cover member 44, or mirror magnetic field generators 3, 3B. The overall configuration, structure, shape, material, number, arrangement, magnetic field strength for ECR conditions, microwave frequency, etc. of 4 and the ECR ion source device 1 are appropriately changed according to the gist of the present invention. be able to.

1 ECRイオン源装置
3、3B、4 ミラー磁場発生装置
11,12 永久磁石(主磁場発生部材)
13、14 ヨーク
16 コイル(主磁場発生部材)
20,21 磁力集束部材
20a,21a 永久磁石(磁力集束部材)
20b,20c,20d 磁力集束部材(永久磁石体、軟磁性材料))
22、23 磁力集束コイル(磁力集束部材)
33,34 永久磁石(主磁場発生部材)
36 補助ヨーク(ヨーク)
36a 導入口(ガス供給手段、マイクロ波導入手段)
37 補助ヨーク(ヨーク)
37a 抽出口(抽出手段)
41,42 永久磁石(磁力集束部材)
43 上流側カバ−部材(カバ−部材)
44 下流側カバ−部材(カバ−部材)
51 バルブ装置(ガス供給手段)
52 電極(抽出手段)
100,100B プラズマ生成空間
110 プラズマチャンバー(プラズマ生成空間)
1 ECR ion source device 3, 3B, 4 Mirror magnetic field generator 11, 12 Permanent magnet (main magnetic field generator)
13, 14 York 16 coil (main magnetic field generating member)
20, 21 Magnetic force focusing member 20a, 21a Permanent magnet (magnetic force focusing member)
20b, 20c, 20d Magnetic focusing member (permanent magnet body, soft magnetic material))
22, 23 Magnetic force focusing coil (magnetic force focusing member)
33,34 Permanent magnet (main magnetic field generating member)
36 Auxiliary York (York)
36a inlet (gas supply means, microwave introduction means)
37 Auxiliary York (York)
37a Extraction port (extraction means)
41,42 Permanent magnet (magnetic field focusing member)
43 Upstream cover member (cover member)
44 Downstream cover member (cover member)
51 Valve device (gas supply means)
52 Electrode (extraction means)
100,100B Plasma generation space 110 Plasma chamber (plasma generation space)

Claims (9)

ECRイオン源に適用され、主磁場発生部材によってプラズマ生成空間内に荷電粒子を閉じ込めるミラー磁場を発生させるためのミラー磁場発生装置であって、
前記プラズマ生成空間における磁場方向の端部側に、前記ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させ分散した磁力線をそれぞれ集束するための複数の磁力集束部材が配置されている、
ことを特徴とするミラー磁場発生装置。
A mirror magnetic field generator applied to an ECR ion source to generate a mirror magnetic field in which charged particles are confined in a plasma generation space by a main magnetic field generating member.
A plurality of magnetic force focusing members for dispersing and focusing the dispersed magnetic field lines in the mirror magnetic field are arranged on the end side in the magnetic field direction in the plasma generation space.
A mirror magnetic field generator characterized by this.
前記磁力集束部材は、前記磁場方向に磁極が形成された柱状の永久磁石からなる、
請求項1記載のミラー磁場発生装置。
The magnetic force focusing member is composed of a columnar permanent magnet having magnetic poles formed in the direction of the magnetic field.
The mirror magnetic field generator according to claim 1.
前記磁力集束部材は、柱状の軟磁性材料からなる、
請求項1記載のミラー磁場発生装置。
The magnetic force focusing member is made of a columnar soft magnetic material.
The mirror magnetic field generator according to claim 1.
前記磁力集束部材は、前記磁場方向を軸として同心状に巻かれて互いに逆方向に電流を流すことによって前記ミラー磁場の磁力線を引き込む磁場を生じさせる2つ一組のコイルからなる、
請求項1記載のミラー磁場発生装置。
The magnetic field focusing member is composed of a set of two coils that are wound concentrically around the magnetic field direction and generate a magnetic field that draws in the magnetic field lines of the mirror magnetic field by passing currents in opposite directions.
The mirror magnetic field generator according to claim 1.
前記磁力集束部材は、複数の同心円の円周方向に沿って互いに間隔を開けて配置されている、
請求項2または3記載のミラー磁場発生装置。
The magnetic force focusing members are arranged so as to be spaced apart from each other along the circumferential direction of a plurality of concentric circles.
The mirror magnetic field generator according to claim 2 or 3.
前記磁力集束部材は、セラミックス材料からなるカバ−部材によって保持されかつ前記プラズマ生成空間から保護されている、
請求項1ないし5のいずれかに記載のミラー磁場発生装置。
The magnetic force focusing member is held by a cover member made of a ceramic material and protected from the plasma generation space.
The mirror magnetic field generator according to any one of claims 1 to 5.
前記磁力集束部材は、前記ミラー磁場を形成するために端部側に配置されたヨークに対し前記プラズマ生成空間の内側に配置されており、前記ヨークによって形成される前記ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させる、
請求項1ないし6のいずれかに記載のミラー磁場発生装置。
The magnetic force focusing member is arranged inside the plasma generation space with respect to a yoke arranged on the end side for forming the mirror magnetic field, and is arranged on the end side in the mirror magnetic field formed by the yoke. Disperse the magnetic field lines,
The mirror magnetic field generator according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれかに記載のミラー磁場発生装置と、
前記プラズマ生成空間にガスを供給するガス供給手段と、
前記プラズマ生成空間にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
前記プラズマ生成空間で生成されたイオンを外部を抽出する抽出手段と、
を備えたことを特徴とするECRイオン源装置。
The mirror magnetic field generator according to any one of claims 1 to 7.
A gas supply means for supplying gas to the plasma generation space and
A microwave introduction means for introducing microwaves into the plasma generation space, and
An extraction means for extracting the ions generated in the plasma generation space to the outside,
An ECR ion source device characterized by being equipped with.
ECRイオン源に適用され、主磁場発生部材によってプラズマ生成空間内に荷電粒子を閉じ込めるミラー磁場を発生させるためのミラー磁場発生方法であって、
前記プラズマ生成空間における磁場方向の端部側に、前記ミラー磁場における端部側の磁力線を分散させ分散した磁力線をそれぞれ集束するための複数の磁力集束部材を配置し、
前記複数の磁力集束部材によって前記プラズマ生成空間内に複数の小さなミラー磁場を形成する、
ことを特徴とするミラー磁場発生方法。
A mirror magnetic field generation method applied to an ECR ion source to generate a mirror magnetic field in which charged particles are confined in a plasma generation space by a main magnetic field generation member.
A plurality of magnetic force focusing members for dispersing the magnetic field lines on the end side in the mirror magnetic field and focusing the dispersed magnetic field lines are arranged on the end side in the magnetic field direction in the plasma generation space.
A plurality of small mirror magnetic fields are formed in the plasma generation space by the plurality of magnetic force focusing members.
A mirror magnetic field generation method characterized by this.
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