JPH027499B2 - - Google Patents
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- JPH027499B2 JPH027499B2 JP7527982A JP7527982A JPH027499B2 JP H027499 B2 JPH027499 B2 JP H027499B2 JP 7527982 A JP7527982 A JP 7527982A JP 7527982 A JP7527982 A JP 7527982A JP H027499 B2 JPH027499 B2 JP H027499B2
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-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、液体金属イオン源のイオン化物質溶
融手段に係り、イオン化物質溶融手段に高周波誘
導加熱手段を用いたイオン源に関するものであ
る。
融手段に係り、イオン化物質溶融手段に高周波誘
導加熱手段を用いたイオン源に関するものであ
る。
従来、液体金属イオン源において、イオン化物
質の溶融には通電加熱手段が用いられてきた。
質の溶融には通電加熱手段が用いられてきた。
第１図ａ，ｂは従来の通電加熱手段によるイオ
ン化物質溶融の様子を示したものである。第１図
ａは最も単純な液体金属イオン源のチツプ部構成
を示したものである〔参照：アプライド フイジ
ツクス レター（Appl.Phys.Lett.），Vol.34，No.
１，（1979），p.11〜13〕．このイオン源ではイオ
ン放出用チツプ２の支持部３を通電加熱してイオ
ン化物質１を溶融させる。このイオン化物質１を
多量に溜められないことである。また、高融点の
イオン化物質を溶解しようとした時、支持部３に
大電流を流す必要があり、支持部３が破断するこ
とがある。破断しないように支持部３の径を太く
するか、支持部３をシート状にすれば良いが、そ
の時には、さらに大電流が必要になる。第１図ｂ
はイギリスのデユビリエ社から発売されている液
体金属イオン源のチツプ部断面構成を示したもの
である〔参照：インスチチユート フイジツクス
コンフアレンス〔Inst.Phys.Conf.）Ser.No.54：
Chapter7，p.316〜321〕．こちらのイオン源では
イオン化物質１の溜め部４を設けてイオン源を長
寿命化している。このイオン源では、溜め部４の
外側を絶縁物からなる筒６で覆い、そこにヒータ
ー５を巻き、Ｗ線の通電加熱によつて、イオン化
物質１を溶融している。こちらのイオン源でイオ
ン化物質１を溶融しようとする時に、高溶点のイ
オン化物質１に対して、大電流が必要となる。ま
た、このイオン源では、熱がヒーター５から絶縁
物製筒６、さらに溜め部４へ伝導してイオン化物
質１を加熱しており、加熱の効率が良くない。
ン化物質溶融の様子を示したものである。第１図
ａは最も単純な液体金属イオン源のチツプ部構成
を示したものである〔参照：アプライド フイジ
ツクス レター（Appl.Phys.Lett.），Vol.34，No.
１，（1979），p.11〜13〕．このイオン源ではイオ
ン放出用チツプ２の支持部３を通電加熱してイオ
ン化物質１を溶融させる。このイオン化物質１を
多量に溜められないことである。また、高融点の
イオン化物質を溶解しようとした時、支持部３に
大電流を流す必要があり、支持部３が破断するこ
とがある。破断しないように支持部３の径を太く
するか、支持部３をシート状にすれば良いが、そ
の時には、さらに大電流が必要になる。第１図ｂ
はイギリスのデユビリエ社から発売されている液
体金属イオン源のチツプ部断面構成を示したもの
である〔参照：インスチチユート フイジツクス
コンフアレンス〔Inst.Phys.Conf.）Ser.No.54：
Chapter7，p.316〜321〕．こちらのイオン源では
イオン化物質１の溜め部４を設けてイオン源を長
寿命化している。このイオン源では、溜め部４の
外側を絶縁物からなる筒６で覆い、そこにヒータ
ー５を巻き、Ｗ線の通電加熱によつて、イオン化
物質１を溶融している。こちらのイオン源でイオ
ン化物質１を溶融しようとする時に、高溶点のイ
オン化物質１に対して、大電流が必要となる。ま
た、このイオン源では、熱がヒーター５から絶縁
物製筒６、さらに溜め部４へ伝導してイオン化物
質１を加熱しており、加熱の効率が良くない。
通電加熱方式では上記のどちらの形式のイオン
源についても、高溶点のイオン化物質１を溶融す
るためには大電流を必要とし、イオン源内部の電
線やイオン源まで電流を導入するための電線に大
電流用のものが必要となる。また、溜め部４を設
けた形式では加熱の効率が良くない。
源についても、高溶点のイオン化物質１を溶融す
るためには大電流を必要とし、イオン源内部の電
線やイオン源まで電流を導入するための電線に大
電流用のものが必要となる。また、溜め部４を設
けた形式では加熱の効率が良くない。
本発明の目的は、液体金属イオン源において、
イオン化物質を充分な量溜められるイオン化物質
の溜め部を有し、イオン源を長命寿化すると共
に、イオン化物質を効率的に加熱，溶融すること
ができる液体金属イオン源を提供することにあ
る。
イオン化物質を充分な量溜められるイオン化物質
の溜め部を有し、イオン源を長命寿化すると共
に、イオン化物質を効率的に加熱，溶融すること
ができる液体金属イオン源を提供することにあ
る。
上記目的を達成するために本発明では、イオン
化物質溜め部を高周波誘導加熱手段によつて加熱
するようにしたものである。かかる本発明の特徴
的構成によつて、高周波誘導加熱であるためにイ
オン化物質溜め部を直接加熱でき、加熱の効率が
良い。そのため、従来のイオン化物質溜め部より
も大きい溜め部を無理なく加熱できるようにな
り、イオン化物質が多く溜められ、イオン源の寿
命を長くできる。また、従来、溶点が高いため、
通電加熱手段では必要とする電流が大き過ぎ実用
上溶融困難と考えられていたイオン化物質の溶融
も可能となる。
化物質溜め部を高周波誘導加熱手段によつて加熱
するようにしたものである。かかる本発明の特徴
的構成によつて、高周波誘導加熱であるためにイ
オン化物質溜め部を直接加熱でき、加熱の効率が
良い。そのため、従来のイオン化物質溜め部より
も大きい溜め部を無理なく加熱できるようにな
り、イオン化物質が多く溜められ、イオン源の寿
命を長くできる。また、従来、溶点が高いため、
通電加熱手段では必要とする電流が大き過ぎ実用
上溶融困難と考えられていたイオン化物質の溶融
も可能となる。
以下、本発明を実施例に従つて説明する。
第２図は、本発明の一実施例であるNiBイオン
源を示したものである。イオン化物質１である
NiBは溜め部４の中に入つている。このNiBを溶
融して溜め部４の先から尖出させたチツプ２の先
端へ供給し、チツプ２と引き出し電極８との間に
5KV以上の高電圧をかけ、チツプ２の先端から
NiBイオンビーム７を引き出す。この時のNiB溶
融用の熱は、ワークコイル９に高周波をかけ、溜
め部４の表面に発生させた表面電流によるジユー
ル熱から供給している。高周波誘導加熱では溜め
部４を直接加熱するため熱効率が良く、NiBのよ
うな高融点（融点：1110℃）のイオン化物質１の
溶融も通電加熱に比べて比較的容易に行なえる。
また、この時、カートリツジ形式の溜め部４を固
定している高さ決定用セラミツク碍子１３とチツ
プ軸合わせ用Moネジ１１の溜め部４への接触面
積をできるだけ小さくして、熱伝導によつて熱が
逃げるのを少なくしている。また、シールド用円
筒１０で溜め部４の周りを覆つて、熱輻射による
熱の逃げを抑えると共にイオン源の周りの温度上
昇を防ぐようにしてある。このシールド用円筒１
０の底面はチツプ２の先端と同じ高さに設定し、
イオン電流の細かな制御を行なうコントロール電
極として働かせるようにした。さらに、溜め部
４、および、チツプ２は炭素材料で製作した。こ
れは従来のＷ，Moなどの高融点金属で溜め部
４、チツプ２を作つた場合、イオン化物質１であ
るNiBがこれらの金属と反応し、この部分の寿命
が短かくなるためである。例えば、Ｗチツプの寿
命は１分以内である。よつて、NiBとの反応性の
少ない炭素材料をこの部分に用いたが、このイオ
ン源では、溜め部４はグラフアイトの焼結体を加
工して製作し、チツプ２はグラフアイトの焼結体
の光にグラツシーカーボンをつけ、先端の曲率半
径が1μｍ程度に電解研磨したものを用いた。こ
のイオン源では、高周波誘導加熱手段によつて有
効な加熱が可能となつたためNiBの温度を融点以
上充分な高さに上げられ、また、温度を上げても
NiBはカートリツジ形式の溜め部４内に封じ込め
てあり、外部に露出しているのは溜め部４の下端
のみのため温度上昇によるNiBの蒸発も少なくな
つている。よつて、このイオン源は高温での動作
が可能となり、安定性良くNiBイオンビーム７を
引き出すことができた。なお、第２図中の１２，
１４は絶縁用セラミツク碍子、１５はイオン源全
体の支持棒である。
源を示したものである。イオン化物質１である
NiBは溜め部４の中に入つている。このNiBを溶
融して溜め部４の先から尖出させたチツプ２の先
端へ供給し、チツプ２と引き出し電極８との間に
5KV以上の高電圧をかけ、チツプ２の先端から
NiBイオンビーム７を引き出す。この時のNiB溶
融用の熱は、ワークコイル９に高周波をかけ、溜
め部４の表面に発生させた表面電流によるジユー
ル熱から供給している。高周波誘導加熱では溜め
部４を直接加熱するため熱効率が良く、NiBのよ
うな高融点（融点：1110℃）のイオン化物質１の
溶融も通電加熱に比べて比較的容易に行なえる。
また、この時、カートリツジ形式の溜め部４を固
定している高さ決定用セラミツク碍子１３とチツ
プ軸合わせ用Moネジ１１の溜め部４への接触面
積をできるだけ小さくして、熱伝導によつて熱が
逃げるのを少なくしている。また、シールド用円
筒１０で溜め部４の周りを覆つて、熱輻射による
熱の逃げを抑えると共にイオン源の周りの温度上
昇を防ぐようにしてある。このシールド用円筒１
０の底面はチツプ２の先端と同じ高さに設定し、
イオン電流の細かな制御を行なうコントロール電
極として働かせるようにした。さらに、溜め部
４、および、チツプ２は炭素材料で製作した。こ
れは従来のＷ，Moなどの高融点金属で溜め部
４、チツプ２を作つた場合、イオン化物質１であ
るNiBがこれらの金属と反応し、この部分の寿命
が短かくなるためである。例えば、Ｗチツプの寿
命は１分以内である。よつて、NiBとの反応性の
少ない炭素材料をこの部分に用いたが、このイオ
ン源では、溜め部４はグラフアイトの焼結体を加
工して製作し、チツプ２はグラフアイトの焼結体
の光にグラツシーカーボンをつけ、先端の曲率半
径が1μｍ程度に電解研磨したものを用いた。こ
のイオン源では、高周波誘導加熱手段によつて有
効な加熱が可能となつたためNiBの温度を融点以
上充分な高さに上げられ、また、温度を上げても
NiBはカートリツジ形式の溜め部４内に封じ込め
てあり、外部に露出しているのは溜め部４の下端
のみのため温度上昇によるNiBの蒸発も少なくな
つている。よつて、このイオン源は高温での動作
が可能となり、安定性良くNiBイオンビーム７を
引き出すことができた。なお、第２図中の１２，
１４は絶縁用セラミツク碍子、１５はイオン源全
体の支持棒である。
伝送ロスを少なくするため、また、必要以上の
電力を消費しないために、加熱周波数は一般に
臨界周波数c以上からその５倍程度に選ぶのが望
ましい。この臨界周波数cは次式で定義される。
電力を消費しないために、加熱周波数は一般に
臨界周波数c以上からその５倍程度に選ぶのが望
ましい。この臨界周波数cは次式で定義される。
c＝128.5ρ／μa2（Hz）
ここで、ρは被加熱物の比抵抗（μΩ−cm）、
μは被加熱物の比透磁率、ａは被加熱物の半径
（cm）である。今、加熱対象はグラフアイトで、
ρ＝1000μΩ−cm、μ＝１、また、ａ＝0.25cmと
している。すると、c＝2.1MHzになる。よつて
適当な加熱周波数はは2MHz〜10MHzの範囲と
なる。しかし、今回は通信妨害を避けるため、ま
た、その仕様の電流が市販されていたため、加熱
周波数には工業用割当周波数13.56MHzを使用し
た。周波数が高いと、電力は少し多めに必要だ
が、グラフアイト表面を流れる表面電流の浸透深
さが浅くなり、加熱効率が良くなるので、
13.56MHzを使用しても加熱には支障なかつた。
μは被加熱物の比透磁率、ａは被加熱物の半径
（cm）である。今、加熱対象はグラフアイトで、
ρ＝1000μΩ−cm、μ＝１、また、ａ＝0.25cmと
している。すると、c＝2.1MHzになる。よつて
適当な加熱周波数はは2MHz〜10MHzの範囲と
なる。しかし、今回は通信妨害を避けるため、ま
た、その仕様の電流が市販されていたため、加熱
周波数には工業用割当周波数13.56MHzを使用し
た。周波数が高いと、電力は少し多めに必要だ
が、グラフアイト表面を流れる表面電流の浸透深
さが浅くなり、加熱効率が良くなるので、
13.56MHzを使用しても加熱には支障なかつた。
本発明によれば、イオン化物質１の加熱が効率
良く行なえるため、1000℃以上の融点イオン化物
質１についてもイオンビーム７が安定して引き出
せる温度まで容易に加熱可能で、液体金属イオン
源の安定性向上に効果がある。また、イオン化物
質１の溜め部４をカートリツジ形式にしたことに
よつて、イオン化物質１がなくなつた時、別のイ
オン化物質１に変える時にはカートリツジ式溜め
部４を交換するだけで済み、作業が簡単になる。
さらに、溜め部４、およびチツプ２に炭素材料を
用いることによつて、従来のＷ，Moなどではそ
れらの金属との反応性が高く、イオンビーム７を
引き出すことが不可能であつたイオン化物質１か
らもイオンビーム７が引き出せるようになり、イ
オン種の拡大に効果がある。
良く行なえるため、1000℃以上の融点イオン化物
質１についてもイオンビーム７が安定して引き出
せる温度まで容易に加熱可能で、液体金属イオン
源の安定性向上に効果がある。また、イオン化物
質１の溜め部４をカートリツジ形式にしたことに
よつて、イオン化物質１がなくなつた時、別のイ
オン化物質１に変える時にはカートリツジ式溜め
部４を交換するだけで済み、作業が簡単になる。
さらに、溜め部４、およびチツプ２に炭素材料を
用いることによつて、従来のＷ，Moなどではそ
れらの金属との反応性が高く、イオンビーム７を
引き出すことが不可能であつたイオン化物質１か
らもイオンビーム７が引き出せるようになり、イ
オン種の拡大に効果がある。
第１図は従来行なわれてきた通電加熱手段によ
つてイオン化物質を溶融するタイプの液体金属イ
オン源を示したものであつて、同図ａは最も単純
なイオン源の構成図、同図ｂは市販されているイ
オン源の断面構成図、第２図は本発明による高周
波誘導加熱手段を用いた液体金属イオン源の構成
図である。 １…イオン化物質、２…チツプ、３…支持部、
４…溜め部、５…ヒーター、６…絶縁物製筒、７
…イオンビーム、８…引き出し電極、９…ワーク
コイル、１０…シールド円筒、１１…Moネジ、
１２…セラミツク碍子、１３…セラミツク碍子、
１４…セラミツク碍子、１５…支持棒。
つてイオン化物質を溶融するタイプの液体金属イ
オン源を示したものであつて、同図ａは最も単純
なイオン源の構成図、同図ｂは市販されているイ
オン源の断面構成図、第２図は本発明による高周
波誘導加熱手段を用いた液体金属イオン源の構成
図である。 １…イオン化物質、２…チツプ、３…支持部、
４…溜め部、５…ヒーター、６…絶縁物製筒、７
…イオンビーム、８…引き出し電極、９…ワーク
コイル、１０…シールド円筒、１１…Moネジ、
１２…セラミツク碍子、１３…セラミツク碍子、
１４…セラミツク碍子、１５…支持棒。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ イオン化物質溜め部、イオン化物質溶融用熱
源、イオン放出用チツプ、イオン引き出し用電極
より成る液体金属イオン源において、上記イオン
化物質溶融用熱源が高周波誘導加熱手段からなる
ことを特徴とする高周波誘導加熱型液体金属イオ
ン源。 ２ 上記チツプ、および、上記溜め部がこれらを
ほぼ完全に覆うシールド内に設けられていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高周波
誘導加熱型液体金属イオン源。 ３ 上記イオン化物質溜め部がカートリツジ形式
に構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の高周波誘導加熱型液体金属イオン
源。 ４ 上記イオン化物質溜め部、および、上記イオ
ン放出用チツプの材質が炭素からなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の高周波誘導加
熱型液体金属イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7527982A JPS58192249A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | 高周波誘導加熱型液体金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7527982A JPS58192249A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | 高周波誘導加熱型液体金属イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58192249A JPS58192249A (ja) | 1983-11-09 |
| JPH027499B2 true JPH027499B2 (ja) | 1990-02-19 |
Family
ID=13571626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7527982A Granted JPS58192249A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | 高周波誘導加熱型液体金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58192249A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0654814U (ja) * | 1993-12-20 | 1994-07-26 | 佐二 萩原 | 合掌用枠組 |
| JP6879908B2 (ja) * | 2014-10-13 | 2021-06-02 | アリゾナ ボード オブ リージェンツ ア ボディ コーポレート オブ ザ ステイト オブ アリゾナ アクティング フォー アンド オン ビハーフ オブ アリゾナ ステイト ユニバーシティーＡｒｉｚｏｎａ Ｂｏａｒｄ Ｏｆ Ｒｅｇｅｎｔｓ， Ａ Ｂｏｄｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ａｒｉｚｏｎａ Ａｃｔｉｎｇ Ｆｏｒ Ａｎｄ Ｏｎ Ｂｅｈａｌｆ Ｏｆ Ａｒｉｚｏｎａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ | 二次イオン質量分析計のためのセシウム一次イオン源 |
| US10672602B2 (en) | 2014-10-13 | 2020-06-02 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Cesium primary ion source for secondary ion mass spectrometer |
-
1982
- 1982-05-07 JP JP7527982A patent/JPS58192249A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58192249A (ja) | 1983-11-09 |
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