JPH01151130A - 接触イオン化装置 - Google Patents
接触イオン化装置Info
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- JPH01151130A JPH01151130A JP63248939A JP24893988A JPH01151130A JP H01151130 A JPH01151130 A JP H01151130A JP 63248939 A JP63248939 A JP 63248939A JP 24893988 A JP24893988 A JP 24893988A JP H01151130 A JPH01151130 A JP H01151130A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈発明の利用分野〉
この発明は、適当な粒子、例えば原子、をイオン化電極
の加熱された表面上で接触イオン化（Ｋｏｎｔａｋｔｉ
ｏｎｓａｔｉｏｎ）により生成しで、この接触イオン化
表面で生成されたイオンをイオン化電極と加速電極との
間の加速領域で加速しで、加速されたイオンのビームを
作るための装置に関するものである。
の加熱された表面上で接触イオン化（Ｋｏｎｔａｋｔｉ
ｏｎｓａｔｉｏｎ）により生成しで、この接触イオン化
表面で生成されたイオンをイオン化電極と加速電極との
間の加速領域で加速しで、加速されたイオンのビームを
作るための装置に関するものである。
〈発明の背景〉
短く「熱表面イオン源」または「接触イオン化源」と呼
ばれるこの型の装置は、例えば、１９７３年ニューヨー
つて発行されたウィルソン（Ｒ，Ｇ。
ばれるこの型の装置は、例えば、１９７３年ニューヨー
つて発行されたウィルソン（Ｒ，Ｇ。
Ｗｉｌｓｏｎ）氏及びブリュワ（Ｇ、Ｒ，Ｂｒｅｗｅｒ
）氏による「イオンビーム（Ｊｏｎ Ｂｅａｍｓ） Ｊ
、特に、その２６〜３６頁及び７２〜７７頁に記載さ
れている。この種の装置は、中性の原子か吸収されない
程充分に加熱された表面に当たると、その原子の幾つか
はその加熱表面を離れる時にイオン化されるという効果
に基づいている。イオン化度Ｒ１即ち、加熱表面を離れ
る粒子の総数に対するイオンの比率にはサバ・ランクミ
ュアの法則があてはまる。陽イオンについてのイオン化
度Ｒ＋は Ｒ＋＝ｎ＋７ （ｎｏ＋ｎ＋） ＝（１＋に、ｅｘｐ（
（ＩＪ）／ ｋＴ））−’・・・・・（１） また、陰イオンについてのイオン化度Ｒ−は、Ｒ，−＝
ｎ−／ （ｎｏ”ｎ−） ＝ （１＋に−ｅｘｐ（（
Ｗ−Ｅ）／ ｋＴ））−’・・・・・（２） て表わされる。ここて ｎ＋は表面を離れる陽イオンの数 ｎ−は表面を離れる陰イオンの数 ｎｏは表面を離れる中性の原子の数 Ｗは表面の電子仕事関数 ■は原子のイオン化仕事（Ｉｏｎｉｓｉｅｒｕｎｇｓａ
ｒｂｅｉｔ）Ｅは原子の電子親和力 ■は表面の温度 にはボルツマン定数 に０、Ｋ−はそれぞれ、陽イオンと陰イオンについての
統計的係数（アルカリ金属に対しては、Ｋや＝２、ハロ
ゲンに対してはに一＝ ４ ）である。
）氏による「イオンビーム（Ｊｏｎ Ｂｅａｍｓ） Ｊ
、特に、その２６〜３６頁及び７２〜７７頁に記載さ
れている。この種の装置は、中性の原子か吸収されない
程充分に加熱された表面に当たると、その原子の幾つか
はその加熱表面を離れる時にイオン化されるという効果
に基づいている。イオン化度Ｒ１即ち、加熱表面を離れ
る粒子の総数に対するイオンの比率にはサバ・ランクミ
ュアの法則があてはまる。陽イオンについてのイオン化
度Ｒ＋は Ｒ＋＝ｎ＋７ （ｎｏ＋ｎ＋） ＝（１＋に、ｅｘｐ（
（ＩＪ）／ ｋＴ））−’・・・・・（１） また、陰イオンについてのイオン化度Ｒ−は、Ｒ，−＝
ｎ−／ （ｎｏ”ｎ−） ＝ （１＋に−ｅｘｐ（（
Ｗ−Ｅ）／ ｋＴ））−’・・・・・（２） て表わされる。ここて ｎ＋は表面を離れる陽イオンの数 ｎ−は表面を離れる陰イオンの数 ｎｏは表面を離れる中性の原子の数 Ｗは表面の電子仕事関数 ■は原子のイオン化仕事（Ｉｏｎｉｓｉｅｒｕｎｇｓａ
ｒｂｅｉｔ）Ｅは原子の電子親和力 ■は表面の温度 にはボルツマン定数 に０、Ｋ−はそれぞれ、陽イオンと陰イオンについての
統計的係数（アルカリ金属に対しては、Ｋや＝２、ハロ
ゲンに対してはに一＝ ４ ）である。
Ｗ−１＞０．４ ｅＶで、Ｅ−Ｗ ＞０．４ ｅＶなら
ば、Ｒ＋とＲ−はほぼ１であり、表面に衝突する実質的
に全ての原子が陽イオン及び陰イオンとなる。例えば、
セシウム蒸気（１＝ ３．８８ ｅＶ）が加熱された（
１３００＠Ｋ）のタングステン表面（Ｗ＝ ４．５４
ｅＶ）に当たると、実用上完全に陽イオン化され、また
、例えば、ヨー素蒸気（Ｅ＝ ３．２３ ｅＶ）が加熱
された六硼化ランタン表面（Ｗ＝ ２．７０ ｅＶ）に
当たると、実質的に完全に陰イオン化される。他のアル
カリ金属やハロゲン、あるいは、他の多数の原子につい
ても、同様な高イオン化度が達成できる。
ば、Ｒ＋とＲ−はほぼ１であり、表面に衝突する実質的
に全ての原子が陽イオン及び陰イオンとなる。例えば、
セシウム蒸気（１＝ ３．８８ ｅＶ）が加熱された（
１３００＠Ｋ）のタングステン表面（Ｗ＝ ４．５４
ｅＶ）に当たると、実用上完全に陽イオン化され、また
、例えば、ヨー素蒸気（Ｅ＝ ３．２３ ｅＶ）が加熱
された六硼化ランタン表面（Ｗ＝ ２．７０ ｅＶ）に
当たると、実質的に完全に陰イオン化される。他のアル
カリ金属やハロゲン、あるいは、他の多数の原子につい
ても、同様な高イオン化度が達成できる。
イオン化用粒子を蒸気の形で、適当な材料で作ったイオ
ン化電極の前方からその加熱表面上へ通過させ、あるい
は、後方から適当な材料のフリットを加熱したものを通
しで、多孔質な表面に拡散させることは知られている。
ン化電極の前方からその加熱表面上へ通過させ、あるい
は、後方から適当な材料のフリットを加熱したものを通
しで、多孔質な表面に拡散させることは知られている。
その結果生じたイオンは、上記表面とこれから前方に間
隔を置いて配置された加速電極との間に形成された電界
によっで、上記表面から吸引して離される。この場合、
得ることのてきる電流密度Ｊはチャイルドの空間電荷の
法則によって決まる。即ち、平面的な構成については、 Ｊ ＝ ５．４５ Ｘ １Ｏ−８Ｖｌ’ ／ Ｗｄ２Ａ
ｃｍ−２・・・・・（３） である。ここで、 ■は加速電圧 Ｍは質量数 ｄはイオン化表面と加速電極または抽出電極との間の距
離である。
隔を置いて配置された加速電極との間に形成された電界
によっで、上記表面から吸引して離される。この場合、
得ることのてきる電流密度Ｊはチャイルドの空間電荷の
法則によって決まる。即ち、平面的な構成については、 Ｊ ＝ ５．４５ Ｘ １Ｏ−８Ｖｌ’ ／ Ｗｄ２Ａ
ｃｍ−２・・・・・（３） である。ここで、 ■は加速電圧 Ｍは質量数 ｄはイオン化表面と加速電極または抽出電極との間の距
離である。
ドイツ特許公報節ＤＥ−ＰＳ ２８０５２７３０３号て
公知の、接触イオン化により加速イオンのビームを作る
ための装置においては、放出電流密度の空間電荷による
限界値は、平面状電極の場合に比較すると、イオン化表
面に大きな凸状湾曲を与えてその上に非常に高い電界強
度が得られるようにすることによっで、より高い値にな
っている。すると、放出電流密度はイオン化用元素の電
極間の蒸気圧によって左右されることになる。この蒸気
圧は蒸気中における衝撃イオン化による電気的降服を生
じさせない程度の高さに選択すればよい。
公知の、接触イオン化により加速イオンのビームを作る
ための装置においては、放出電流密度の空間電荷による
限界値は、平面状電極の場合に比較すると、イオン化表
面に大きな凸状湾曲を与えてその上に非常に高い電界強
度が得られるようにすることによっで、より高い値にな
っている。すると、放出電流密度はイオン化用元素の電
極間の蒸気圧によって左右されることになる。この蒸気
圧は蒸気中における衝撃イオン化による電気的降服を生
じさせない程度の高さに選択すればよい。
〈発明の概要〉
この出願の特許請求の範囲に示した発明は、上記した限
界値を克服するものである。即ち、イオン化のための蒸
気は加速電極とイオン化電極の大きく凸状に湾曲した加
熱されたイオン化表面との間の空間中に導入されない。
界値を克服するものである。即ち、イオン化のための蒸
気は加速電極とイオン化電極の大きく凸状に湾曲した加
熱されたイオン化表面との間の空間中に導入されない。
この発明では、イオン化電極は、好ましくは、例えば、
穿孔の如き、毛管状の管を有し、イオン化される原子は
気体あるいは蒸気の形で、貯蔵装置、炉あるいは他の任
意の適当なイオン化原子源から、この管の後部から管を
通して送られる。この管はフリットの孔に比較して巨視
的である。加熱された穿孔あるいは毛管を通過する時、
原子は内壁てイオン化され、管の出口から出ると直ちに
、イオン化電極の先端にある強い電界に遭遇しで、これ
によって加速される。加速領域における蒸気圧は、少量
の、毛管から出てくるイオン化されなかった蒸気と、イ
オンの形て加速電極を衝撃し、後続のイオンによって再
び原子の形をとった原子とによって決まる。
穿孔の如き、毛管状の管を有し、イオン化される原子は
気体あるいは蒸気の形で、貯蔵装置、炉あるいは他の任
意の適当なイオン化原子源から、この管の後部から管を
通して送られる。この管はフリットの孔に比較して巨視
的である。加熱された穿孔あるいは毛管を通過する時、
原子は内壁てイオン化され、管の出口から出ると直ちに
、イオン化電極の先端にある強い電界に遭遇しで、これ
によって加速される。加速領域における蒸気圧は、少量
の、毛管から出てくるイオン化されなかった蒸気と、イ
オンの形て加速電極を衝撃し、後続のイオンによって再
び原子の形をとった原子とによって決まる。
前述した同形式の公知の装置と同じ放出電流密度を得る
には、蒸気圧は相当低くてき、逆に、蒸気の供給率を適
当に高くすると、電気降服を生じさせることなく、従来
の装置に比してかなり高い放出電流密度を達成すること
が可能である。
には、蒸気圧は相当低くてき、逆に、蒸気の供給率を適
当に高くすると、電気降服を生じさせることなく、従来
の装置に比してかなり高い放出電流密度を達成すること
が可能である。
〈実施例の説明〉
以下、図面を参照しで、この発明の詳細な説明する。
図に示した加速セシウムイオンのビームを作るための装
置は、高い電子仕事関数を持った材料、例えばタンタル
、て作った細長い管状のイオン化電極ｌと、このイオン
化電極１の前端部の前方に距離ｄを置いて配置された環
状ディスクの形の加速電極３とを備えている。イオン化
電極の前端部は加速電極３の方向にテーパが施されてお
り、その先端で毛管孔を有するドーム状の先端部２を形
成している。この先端部の直径は加速電極３からの距離
ｄに比較して小さい。管状イオン化電極ｌの内径は、第
１図に示すように、先端部に近づくに従っで、段階的に
小さくなっている。
置は、高い電子仕事関数を持った材料、例えばタンタル
、て作った細長い管状のイオン化電極ｌと、このイオン
化電極１の前端部の前方に距離ｄを置いて配置された環
状ディスクの形の加速電極３とを備えている。イオン化
電極の前端部は加速電極３の方向にテーパが施されてお
り、その先端で毛管孔を有するドーム状の先端部２を形
成している。この先端部の直径は加速電極３からの距離
ｄに比較して小さい。管状イオン化電極ｌの内径は、第
１図に示すように、先端部に近づくに従っで、段階的に
小さくなっている。
管状イオン化電極ｌの前端部は環状の熱陰極６によって
取囲まれており、熱陰極６は熱遮蔽体として働く金属シ
ート製の円筒７によって包囲されている。管状イオン化
電極１の加速電極３から遠い側の端部は貯蔵器８に連絡
している。貯蔵器８はセシウム金属９て部分的に満たさ
れており、また、セシウムの蒸気圧を所要の値にするこ
とかてきるように貯蔵器８を加熱する加熱ジャケットｌ
Ｏを備えている。
取囲まれており、熱陰極６は熱遮蔽体として働く金属シ
ート製の円筒７によって包囲されている。管状イオン化
電極１の加速電極３から遠い側の端部は貯蔵器８に連絡
している。貯蔵器８はセシウム金属９て部分的に満たさ
れており、また、セシウムの蒸気圧を所要の値にするこ
とかてきるように貯蔵器８を加熱する加熱ジャケットｌ
Ｏを備えている。
代表的な寸法は、先端部の直径＝０．４ｍｍ、毛管の直
径＝０．１ｍｍ、距離ｄ＝５ｍｍである。
径＝０．１ｍｍ、距離ｄ＝５ｍｍである。
動作を説明すると、イオン化電極ｌの前端部は電子衝撃
によって約１３００°にの所要温度まで加熱される。こ
れを行うために、毛管を環状に包囲する熱陰極６のフィ
ラメントから電子か放出され、数ＫＶの電圧よりイオン
化電極に向けて半径方向に加速される。セシウム蒸気４
か加熱された貯蔵器８から管状イオン化電極１を通して
送られ、その際、セシウム蒸気はイオン化電極の加熱さ
れた内壁、特に、前端毛管部分の加熱された内壁に当た
ってイオン化される。イオン化電極１と加速電極３との
間には数ＫＶの電圧が印加されており、その極性は毛管
から出たＣｓ＋イオンが加速電極３に向けて加速される
ように選ばれている。これにより、数ＫｅＶのエネルギ
を持つＣｓ＋イオンビーム５か加速電極３の中心孔から
放出される。
によって約１３００°にの所要温度まで加熱される。こ
れを行うために、毛管を環状に包囲する熱陰極６のフィ
ラメントから電子か放出され、数ＫＶの電圧よりイオン
化電極に向けて半径方向に加速される。セシウム蒸気４
か加熱された貯蔵器８から管状イオン化電極１を通して
送られ、その際、セシウム蒸気はイオン化電極の加熱さ
れた内壁、特に、前端毛管部分の加熱された内壁に当た
ってイオン化される。イオン化電極１と加速電極３との
間には数ＫＶの電圧が印加されており、その極性は毛管
から出たＣｓ＋イオンが加速電極３に向けて加速される
ように選ばれている。これにより、数ＫｅＶのエネルギ
を持つＣｓ＋イオンビーム５か加速電極３の中心孔から
放出される。
このイオンビームはその前段電極か加速電極３で構成さ
れる静電レンズ１１（第２図）によって集束させること
かできる。この装置の全体は、その一部のみが第２図に
示されている真空容器１２の中に置かれている。説明を
簡単にするために、第２図では、電極取付は体や電気ブ
ッシング等が省略されているが、これらは普通の構造の
ものを用いることかてきる。
れる静電レンズ１１（第２図）によって集束させること
かできる。この装置の全体は、その一部のみが第２図に
示されている真空容器１２の中に置かれている。説明を
簡単にするために、第２図では、電極取付は体や電気ブ
ッシング等が省略されているが、これらは普通の構造の
ものを用いることかてきる。
接触イオン化表面は、管の内壁の少なくとも一部、特に
出口側の毛管部分を覆う、適当な材料の層で形成するこ
ともてきる。
出口側の毛管部分を覆う、適当な材料の層で形成するこ
ともてきる。
また、この発明はセシウム以外の元素のイオン、特に他
のアルカリ金属のイオンを生成するために用いることも
てきる。さらに、イオン化電極、あるいは、少なくとも
毛管の内壁を高電子親和力を持つ材料、例えば、六硼化
ランタン等て形成すれば、陰イオンビーム、特に、ハロ
ゲンイオンのビームを生成することもできる。勿論、上
記した以外の加熱装置やイオン化されるべき原子の供給
装置も使用てきる。
のアルカリ金属のイオンを生成するために用いることも
てきる。さらに、イオン化電極、あるいは、少なくとも
毛管の内壁を高電子親和力を持つ材料、例えば、六硼化
ランタン等て形成すれば、陰イオンビーム、特に、ハロ
ゲンイオンのビームを生成することもできる。勿論、上
記した以外の加熱装置やイオン化されるべき原子の供給
装置も使用てきる。
第１図はセシウム陽イオンのビームを生成するための、
この発明の推奨実施例の詳細を示す断面図、第２図はこ
の発明の推奨実施例の簡略化して示す断面図である。 １・・・・イオン化電極、２・・・・先端部、３・・・
・加速電極、６・・・・イオン化電極加熱装置、７・・
・・熱遮蔽体、８・・・・貯蔵器、１０・・・・貯蔵器
用加熱装置、１１・・・・静電レンズ。 平成１年１月四日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 １ 事件の表示 −ヂ
い、特願昭６３−２４８９３９号 ２２
発明の名称 接触イオン化装置 ３ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 マックス・ブランク・ゲゼルシャフト ツール
フエールデルンク デア ビラセンシャツテンニー フ
ァウ ４代理人 郵便番号６５１ 住所 神戸市中央区雲井通７丁目１番１号５ 補正の対
象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６ 補正の内容 明細書中の記載を次の正誤表に従って補正する。 正 誤 表 以上
この発明の推奨実施例の詳細を示す断面図、第２図はこ
の発明の推奨実施例の簡略化して示す断面図である。 １・・・・イオン化電極、２・・・・先端部、３・・・
・加速電極、６・・・・イオン化電極加熱装置、７・・
・・熱遮蔽体、８・・・・貯蔵器、１０・・・・貯蔵器
用加熱装置、１１・・・・静電レンズ。 平成１年１月四日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 １ 事件の表示 −ヂ
い、特願昭６３−２４８９３９号 ２２
発明の名称 接触イオン化装置 ３ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 マックス・ブランク・ゲゼルシャフト ツール
フエールデルンク デア ビラセンシャツテンニー フ
ァウ ４代理人 郵便番号６５１ 住所 神戸市中央区雲井通７丁目１番１号５ 補正の対
象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６ 補正の内容 明細書中の記載を次の正誤表に従って補正する。 正 誤 表 以上
Claims (10)
- （１）イオン化されるべき原子の源と、この原子の接触
イオン化のための表面を持ったイオン化電極と、このイ
オン化電極のための加熱装置と、上記イオン化電極から
間隔を置いて配置され、上記接触イオン化表面でイオン
化された原子を加速するための加速電極とを含み、 特徴として、上記イオン化電極は、上記イオン化される
べき原子の源から上記加速電極に対向する位置にある先
端に設けられた出口まで延び、その内壁が上記接触イオ
ン化表面をなす管状の通路を形成している、加速イオン
ビームを生成するための接触イオン化装置。 - （２）上記通路が少なくとも上記出口に隣接する部分に
おいて毛管寸法を有することを特徴とする請求項１に記
載の接触イオン化装置。 - （３）上記通路がその先端に隣接する部分で約０．１ｍ
ｍの直径を有することを特徴とする請求項２に記載の接
触イオン化装置。 - （４）上記イオン化電極が少なくとも上記出口に隣接す
る端部で棒状をなし、かつ、上記先端に向かってテーパ
が付けられていることを特徴とする請求項１に記載の接
触イオン化装置。 - （５）上記通路出口における上記先端の直径が約０．４
ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の接触イオ
ン化装置。 - （６）上記通路の直径が上記原子の源から上記先端に向
けて段階的に小さくされていることを特徴とする請求項
１に記載の接触イオン化装置。 - （７）上記加熱装置がイオン化電極をその先端の領域で
包囲する電子源を備えることを特徴とする請求項１に記
載の接触イオン化装置。 - （８）上記電子源が熱陰極で、管状の熱遮蔽体で包囲さ
れていることを特徴とする請求項７に記載の接触イオン
化装置。 - （９）上記加速電極が静電レンズの一部を構成すること
を特徴とする請求項１に記載の接触イオン化装置。 - （１０）上記イオン化されるべき原子の源が貯蔵器とこ
の貯蔵器のための別の加熱装置とを含むことを特徴とす
る請求項１に記載の接触イオン化装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873739253 DE3739253A1 (de) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | Mit kontaktionisation arbeitende einrichtung zum erzeugen eines strahles beschleunigter ionen |
| DE3739253.0 | 1987-11-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01151130A true JPH01151130A (ja) | 1989-06-13 |
| JPH0442774B2 JPH0442774B2 (ja) | 1992-07-14 |
Family
ID=6340816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63248939A Granted JPH01151130A (ja) | 1987-11-19 | 1988-09-30 | 接触イオン化装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4983845A (ja) |
| JP (1) | JPH01151130A (ja) |
| DE (1) | DE3739253A1 (ja) |
| FR (1) | FR2623658A1 (ja) |
| GB (1) | GB2212654B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170117364A (ko) * | 2014-10-13 | 2017-10-23 | 아리조나 보드 오브 리전트스, 아리조나주의 아리조나 주립대 대행법인 | 이차 이온 질량 분광계를 위한 세슘 일차 이온 소스 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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