JPH03245499A

JPH03245499A - 四重極粒子加速器

Info

Publication number: JPH03245499A
Application number: JP3822990A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Hakamata; 袴田　好美; Katsumi Tokikuchi; 克己登木口; Kensuke Amamiya; 健介雨宮; Kuniyuki Sakumichi; 訓之作道
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-21
Filing date: 1990-02-21
Publication date: 1991-11-01
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH0787118B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、高周波四重極粒子加速器に係り、特に高周波
共振回路が加速管の外にある外部共振形四重極粒子加速
器の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の高周波四重極粒子加速器の構造を第８図に示す。

ＲＦＱ加速器は加速空洞１と波打った四重極電極２ａ、
２ｂ、２ｃ、２ｄで構成される。

加速空洞１が空洞共振器となる特定の周波数の高周波電
力を加速空洞に供給すると、四重極電極２８〜２ｄに高
周波高電圧が発生する。このとき、四重極電極２ａ〜２
ｄで囲まれた中心部にイオンビームを入射させると、イ
オンは高周波電圧によって加速され、百方電子ボルト（
ＭｅＶ）の桁のエネルギーになって加速空洞から出射す
る。

しかし、本方式によるイオン加速では、加速空洞１の共
振周波数が固定のため、加速できるイオン種が限られ、
また得られるエネルギーも決ってしまう。この加速器を
半導体用のイオン打込み装置等に適用するときは、イオ
ン種や取得エネルギーに応じて周波数を変える必要があ
る。このために特開昭６０−１１５１９９号公報に示す
ものが提案されている。この公知例の概略を第９図に示
す。第９図では高周波数電圧を発生させるために、空洞
共振器の代りに、外部にコイル６とコンデンサ７で構成
される共振回路を設け、四重極電極２ａ〜２ｄに高周波
高電圧を供給している。第９図では円筒８は単なる真空
容器としての機能しかない。

ここで、同図中の３はカップリング用コイル、４は高周
波増幅器、５は高周波発振器である。

上記公知例の共振回路として、ワンターンコイルと容量
可変の真空コンデンサから構成される共振回路の構造が
、特開昭６２−２４９４００号公報等に示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の外部共振回路は、高周波高電圧を少ない
高周波電力で効率良く発生させる点についての配慮がさ
れておらず、高周波高電圧を発生させるために、大電力
の高周波電源が必要であった。

第９図に示す共振回路の共振周波数ｆは、コイル６のイ
ンダクタンスをり、コンデンサ７の静電容量をＣ９四重
極電極２８〜２ｄの浮遊静電容量をｃｏとすると。

ｆ＝１／２πＥ［ゴでゴ７−Ｙなる式で関係づけられる。上記従来技術の外部共振回路
形四重極加速器では、具体的回路構成としては、ワンタ
ーンコイルと、容量可変コンデンサを用い、Ｃの値を変
化させることにより、回路の共振周波数を変化させてい
る。

ところで、この回路で、イオンを加速するための電圧■
を発生させるとき、コイル６に流れる電る高周波電力の
損失は電流の自乗に比例する。従って抵抗分による損失
を減らすためには、回路に流れる電流を減らす必要があ
る。しかし、従来の外部共振形四重極加速器では、共振
周波数を変えるために用いる容量可変コンデンサが付加
されたことにより回路全体のＣ値が増し、高周波電流が
増し、大きな電力損失となっていた。

本発明の目的は、外部共振形四重極粒子加速器の損失を
減らし、少ない高周波電力で必要な高周波電圧を発生で
きる。効率の良い、周波数可変の四重極粒子加速器を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、四重極電極の外部に取付け
る回路素子はコイルのみとした。そしてコイルのインダ
クタンスＬと四重極電極の浮遊容量Ｃｏとで共振するよ
うにＬの値を選ぶ。さらに、インダクタンスＬの値を変
化させることにより、共振周波数を変化させることがで
きる。

コイルのインダクタンスは、コイルの長さを変えること
によって変化させることができる。あるいは、コイルの
断面積を可変とすることにより。

インダクタンスを可変とすることができる。

〔作用〕

コイルのインダクタンスＬと四重極電極の浮遊容量Ｃｏ
で構成される共振回路において、共振器Ｇ。

させたとき、回路に流れる電流は□Ｖとなり、外部共振
回路に容量可変コンデンサを持つ場合に比べて、少ない
電流で必要な電圧を発生させることができる。従って１
回路の抵抗分による高周波電力の損失も少なくすること
ができる。

共振周波数を変えるために、コイルのインダクタンスを
変える１つの方法としては、コイルの長さを変える方法
がある。つまり、長さα直径６巻で与えれる。ここでμ
は透磁率、ｋは長岡係数と呼ばれる係数で−の関数であ
る。直径ｄを一定とΩ し、長さＱを変化させたとき、長岡係数にも変化するが
、Ωの変化率に比べてｋの変化率が小さいため、コイル
のインダクタンスを変えることができる。つまり、コイ
ルの長さを長くすればインダクタンスは小さくなり、短
くすればインダクタンスは大きくなる。従って、コイル
の長さを変えることにより、共振回路の共振周波数を変
えることができる。

また、コイルのインダクタンスとは、コイルに単位電流
を流したときに、コイルに鎖交する磁束数であるので、
コイルの面積を変えることによっても、コイルのインダ
クタンスを変化させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

該図の如く、向きあった面が波打った四重極電極２ａ、
２ｂ、２ｃ、２ｄに、インダクタンスＬを変化させるこ
とができるコイル９が接続されている。四重極電極２ａ
〜２ｄの浮遊容量をＣＯと置けば、コイル９及び四重極
電極２ａ〜２ｄから発振器４の出力周波数に同調する様
にＬが調整されている。発振器４の高周波出力を増幅器
５で増幅した後、カップリングコイル３を通して、コイ
ル９及び四重極電極２ａ〜２ｄからなる共振回路に高周
波電力を供給する。四重極電極２ａ〜２ｄで所望のイオ
ンを加速するために必要な高周波電なり、必要最小限の
電流でイオンを加速するに必要な電圧を得ることができ
る。従って、回路の抵抗による高周波電力の損失を最少
限に抑えることができ、高周波電圧の発生に必要な高周
波電力も少なくてすむ。結果的に、増幅器５などからな
る高周波電源も、小型の電源で済む。

また、加速するイオンの種類を変える、あるいは加速す
るエネルギーを変えるために、四重極電極間に発生させ
る高周波電圧の周波数を変えるときは、コイル９のイン
ダクタンスＬを変えて、コイル９と四重極電極２ａ〜２
ｄからなる共振回路の共振周波数を変える。これにより
、周波数を変えても常に必要最少限の電流で所望の高周
波電圧を発生することになり、回路の抵抗分による損失
を最小限に抑えることができる。

本発明のより具体的な実施方法を第２図及び第３図を用
いて説明する。第２図は、四重極電極２８〜２ｄと、ワ
ンターンコイル１０とで構成された共振回路を示す。半
導などへのイオン打込みでは、ボロン等の重イオンを打
込む必要がある。

これらのイオンをＭ　ｅ　Ｖ領域に加速するときの高周
波電圧の周波数は数１０ＭＨｚとなる。ところで、長さ
１．５ｍ程度の四重極電極の浮遊容量Ｃｏは２５０ＰＦ
程度である。前記周波数領域で。

浮遊静電容量Ｃｏと共振させるコイルは、長さ、直径と
も数１０ａ＋＋のオーダーのワンターンコイル１０で良
い。

第３図は、第２図に示したワンターンコイル１０インダ
クタンスを可変とする一実施例を示したものである。同
コイルは、固定導体１０１と、外部導体と電気的接触を
保ちつつ摺動可能に取付けられた可動導体１０２，１０
３とから構成される。固定導体１０１を固定し、可動導
体１０２゜１０３を図示していない駆動機構により、コ
イルの軸方向に動かすことによって、ワンターンコイル
の長さＱを変えることができ、コイルのインダクタンス
を可変とすることができる。

第４図は、本発明による異なる実施例の、コイルの縦断
面図を示す。本実施例では、第３図に示した実施例の可
動導体１０２．１．０３のさらに内側に、可動導体１０
４，１０５を設け、可動導体を多段にしたものである。

本実施例によれば、コイルの長さＱの可変範囲を広く取
ることができる。

従って、インダクタンスの変化範囲を広くとることがで
き、四重極電極に接続したときに、回路の共振周波数の
範囲を広くとることができる。

第Ｓ図は本発明によるさらに異なる実施例で、固定導体
１０１の両端に、導電性のベローズ１０６゜１０７を取
りつけたものである。ベローズ１０６゜１０７を図示し
ていない駆動機構により伸縮させることで、コイルの長
さＱを変化させることができる。

以上の実施例では、ワンターンコイルの長さを可変とす
ることにより、インダクタンスを可変としたが、コイル
の断面積を変えることによってもインダクタンスを可変
とすることができる。

第６図は１本発明により、コイルの断面積を変えること
によりインダクタンスを可変とした、実施例を示す。同
図は、ワンターンコイルの横断面である。同コイルは、
一端が電極的接触を保ちつつ摺動可動に接続された２つ
の導体１６．１７から構成される。導体１６．１７の重
なり部ａの量を図示していない駆動機構により変化させ
ることによりコイルの直径ｄが変わり、インダクタンス
を可変とする。

第７図は、本発明による異なる実施例を示す。

一端を四重極電極２ａ〜２ｄに接続され、平行に設置さ
れた固定導体１１．１２と、固定導体１１゜１２に電気
的接触を保ちつつ、摺動可動に取付けられた可動導体１
３により、ワンターコイルを形成する。図示していない
駆動機構により、可動導体１３を矢印４あるいは矢印１
５の方向に動かすことにより、固定導体１１．可動導体
１３．固定導体１２で形成されるコイルの断面積を変化
させることができる。従って、コイルのインダクタンス
を変化させることができる。本実施例によれば、可動導
体１３の直線運動だけで、コイルのインダクタンスが変
えられ、駆動機構が単純化できる利点がある。

なお、以上の実施例においては、四重極電極を一括して
静電容量とみなし、一つのインダクタンス可変コイルと
で共振回路を形成したが、四重極電極の各々の隣り合う
電極間に、上記実施例に示したインダクタンス可変のコ
イルを取付けても本発明の効果を損うものではない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、四重極電極の浮遊容量と、インダクタ
ンス可変のコイルとにより共振回路を構成することによ
り、少ない高周波電力で効率良く加速用高電圧を発生す
ることができる、共振周波数可変の共振回路を構成する
ことができるので、高周波電源を含めた装置の小型化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の四重極粒子加速器を示す回路図、第２
図は本発明の一実施例を示す側面図、第３図は本発明に
よるコイルの構成を示す斜視図、第４図、及び第５図は
それぞれ本発明による異なる実施例のコイルの縦断面図
、第６図は本発明によるさらに異なる実施例のコイルの
横断面図、第７図は本発明による別の実施例を示す図、
第８図は従来の空洞共振形の加速空洞を使った四重極粒
子加速器の要部斜視図、第９図は外部共振形四重極粒子
加速器の原理構成を説明するブロック図である。２　ａ　、　２　ｂ　、　２　ｃ　、　２　ｄ　・＝四
重極電極、１０−・・コイル、１０１・・・固定導体、
１０２〜１０５・・・可動導体、１０６，１０９・・・
ベローズ、１１．１２・・・茅巳手続゛補正書（自発）平成３年１８

Claims

【特許請求の範囲】１、四重極電極の向い合った面を波打たせ、この電極に
高周波電圧を給電してイオンビームを加速する四重極粒
子加速器において、前記電極に高周波電圧を発生させる共振回路を、四重極
電極の浮遊容量と、インダクタンス可変のコイルとで構
成したことを特徴とする四重極粒子加速器。２、前記インダクタンス可変のコイルは、コイルの長さ
が可変できる１回巻きコイルであることを特徴とする請
求項１記載の四重極粒子加速器。３、前記インダクタンス可変のコイルは、コイルの断面
積が可変できる１回巻きコイルであることを特徴とする
請求項１記載の四重極粒子加速器。