JPH07153600A - Accelerating electrode device for ion source - Google Patents
Accelerating electrode device for ion sourceInfo
- Publication number
- JPH07153600A JPH07153600A JP5295783A JP29578393A JPH07153600A JP H07153600 A JPH07153600 A JP H07153600A JP 5295783 A JP5295783 A JP 5295783A JP 29578393 A JP29578393 A JP 29578393A JP H07153600 A JPH07153600 A JP H07153600A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- porous
- ion beam
- variable
- accelerating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 60
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 54
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 17
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 6
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 7
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 abstract 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 15
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 3
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はイオン源の加速電極装
置に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
核融合装置のプラズマの２次加熱装置として用いられる
中性粒子入射装置（ＮＢＩ）や、原子核および素粒子研
究用、医療用、イオン注入用若しくは表面処理・表面改
質用等の各種の用途に幅広く用いられるイオン源の加速
電極装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration electrode device for an ion source. More specifically, the present invention is
Neutral particle injection device (NBI) used as a secondary heating device for plasma in nuclear fusion devices, and for various applications such as nuclear and elementary particle research, medical treatment, ion implantation, surface treatment and surface modification The present invention relates to a widely used ion source accelerating electrode device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】核融合装置のプラズマの２次加熱装置と
して用いられる中性粒子入射装置（ＮＢＩ）、または原
子核および素粒子研究用、医療用、イオン注入用若しく
は表面処理・表面改質といった工業用等各種の用途に幅
広く用いられる加速器等のイオン源で発生されたイオン
ビームは、その使用目的に応じイオンビームの収束度を
強めたり弱めたりすることが必要である。2. Description of the Related Art Neutral particle injection device (NBI) used as a secondary heating device for plasma in a nuclear fusion device, or for industries such as nuclear and elementary particle research, medical use, ion implantation, or surface treatment / surface modification. An ion beam generated by an ion source such as an accelerator, which is widely used for various purposes such as a medical application, needs to have an increased or decreased degree of convergence of the ion beam depending on the purpose of use.
【０００３】従来より、イオン源には、一個の孔より引
き出された一本のイオンビーム、すなわちシングルイオ
ンビームを用いるものと、多孔電極より引き出された多
数本のイオンビーム、すなわちマルチイオンビームを用
いるものとがある。シングルビーム用いたものとして
は、特開平４−３７０００号公報に従来例として記載さ
れたようなものが知られている。これは、数１０ｋｅＶ
から数ＭｅＶ程度のエネルギー領域にシングルイオンビ
ームを加速するものであって、図３に示すような単一電
極孔（３１）を有する複数の加速電極（３２）を多段配
備した構造のものである。Conventionally, as the ion source, one ion beam extracted from one hole, that is, a single ion beam, and multiple ion beams extracted from a porous electrode, that is, a multi-ion beam are used. There is something to use. As the one using a single beam, the one described as a conventional example in JP-A-4-37000 is known. This is a few tens keV
To accelerating a single ion beam in an energy region of about several MeV, and has a structure in which a plurality of accelerating electrodes (32) having a single electrode hole (31) as shown in FIG. 3 are arranged in multiple stages. .
【０００４】このような加速器においては、加速電極
（３２）間に加速電源（３３）から静電界を印加し、イ
オン源（３４）に設けたプラズマ生成電源（３５）から
の印加電圧により供給ガス（３６）をプラズマ（３７）
励起したシングルイオンビーム（３８）を加速してい
る。シングルイオンビーム（３８）の収束は、各々の加
速電極（３２）の電極孔（３１）を通過する際に静電界
より受ける静電レンズ作用により行われる。In such an accelerator, an electrostatic field is applied from the accelerating power supply (33) between the accelerating electrodes (32), and the supply gas is supplied by the voltage applied from the plasma generating power supply (35) provided in the ion source (34). Plasma (36) to (36)
The excited single ion beam (38) is accelerated. The focusing of the single ion beam (38) is performed by the electrostatic lens action which is received from the electrostatic field when passing through the electrode hole (31) of each accelerating electrode (32).
【０００５】従って、シングルイオンビーム（３８）の
収束度は、加速電極に印加する電圧に応じ、静電レンズ
の焦点距離を変化させることで任意かつ容易に変更する
ことができる。シングルイオンビーム（３８）を加速す
る場合、シングルイオンビーム（３８）の電流値が大き
くなるにつれビーム自身のもつ空間電荷により発散力が
強まり、ビーム自身の収束性が悪化する。これを防止
し、シングルイオンビーム（３８）の収束性を向上させ
るためには、加速器の加速電極（３２）間に印加する電
界強度を大きくし、レンズ作用を強くする必要がある。Therefore, the degree of convergence of the single ion beam (38) can be arbitrarily and easily changed by changing the focal length of the electrostatic lens according to the voltage applied to the acceleration electrode. When accelerating the single ion beam (38), as the current value of the single ion beam (38) increases, the space charge of the beam itself increases the divergence force, and the convergence of the beam itself deteriorates. In order to prevent this and improve the convergence of the single ion beam (38), it is necessary to increase the strength of the electric field applied between the accelerating electrodes (32) of the accelerator to strengthen the lens action.
【０００６】しかしながら、加速電極（３２）間に印加
できる電界強度は真空耐電圧上の制約を受けるため、収
束性の良好な大電流ビームの生成には限界があるといっ
た問題点を有している。またマルチイオンビームを用い
るものとしては、特公平３−１３７２０号公報に記載さ
れたような中性粒子入射装置用が知られている。However, since the electric field strength that can be applied between the accelerating electrodes (32) is restricted by the vacuum withstand voltage, there is a problem that there is a limit to the generation of a large current beam with good convergence. . Further, as a device using a multi-ion beam, a device for neutral particle injection device as described in JP-B-3-13720 is known.
【０００７】これは、シングルイオンビームを用いたも
のに比べよりエネルギー密度の高いイオンビームを得る
ことができるものであって、図４に示したような湾曲し
た多孔加速電極（４１）、多孔減速電極（４２）、多孔
接地電極（４３）、ヒーター（２１）、プラズマ室（２
２）、中性化セル（２３）、仕切板（２７）、核融合装
置（２８）からなるものであり、収束されたイオンビー
ム（２６）はプラズマ（２９）上に焦点を結ぶようにな
っている。This is capable of obtaining an ion beam having a higher energy density than that using a single ion beam, and has a curved porous accelerating electrode (41) and porous deceleration as shown in FIG. Electrode (42), porous ground electrode (43), heater (21), plasma chamber (2
2), a neutralization cell (23), a partition plate (27), and a fusion device (28), and the focused ion beam (26) is focused on the plasma (29). ing.
【０００８】このようなもののイオン源においては、各
電極の透孔を結ぶ直線が、これらの電極の中心軸上の一
点、すなわち焦点を結ぶように湾曲状の電極板に透孔を
加工する必要がある。しかしながら、この場合、マルチ
イオンビームの収束は電極の湾曲形状によって決まって
しまい、シングルイオンビームの場合のようにイオンビ
ームの収束度を任意かつ容易に変更させることができな
いといった問題を有していた。In such an ion source, it is necessary to form a through hole in a curved electrode plate so that the straight line connecting the through holes of the electrodes forms a point on the central axis of these electrodes, that is, the focal point. There is. However, in this case, the convergence of the multi-ion beam is determined by the curved shape of the electrodes, and there is a problem that the degree of convergence of the ion beam cannot be arbitrarily and easily changed as in the case of the single ion beam. .
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のよ
うな従来技術の欠点を解消するために創案されたもので
あり、核融合装置のプラズマの２次加熱装置として用い
られる中性粒子入射装置（ＮＢＩ）や、原子核および素
粒子研究用、医療用、イオン注入用若しくは表面処理・
表面改質用等の各種の用途に幅広く用いられる加速器に
おいて、多孔引出し電極によって引き出されたマルチイ
オンビームの収束度を任意かつ容易に変更できるように
した収束度可変電極を有するイオン源の加速電極装置を
提供することを目的とする。The present invention was devised in order to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and neutral particle injection used as a secondary heating device for plasma of a fusion device. Equipment (NBI), nuclear and elementary particle research, medical, ion implantation or surface treatment
In an accelerator widely used for various purposes such as surface modification, an acceleration electrode of an ion source having a variable focusing degree electrode capable of changing the focusing degree of a multi-ion beam extracted by a porous extraction electrode arbitrarily and easily. The purpose is to provide a device.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するものとして、イオン生成部で生成したイオンを
多孔引出し電極によってマルチイオンビームとして引き
出し加速するようにしてなる加速電極装置において、多
孔引出し電極と多孔中間電極との間に、両電極に沿わせ
る形状の収束度可変電極を配設し、該収束度可変電極に
与える電位を可変とすることでマルチイオンビームの収
束度を変更可能としたことを特徴とするイオン源の加速
電極装置を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an accelerating electrode device in which ions generated in an ion generating part are extracted as a multi-ion beam by a porous extraction electrode and accelerated. The convergence degree of the multi-ion beam can be changed by arranging a variable convergence degree electrode in a shape that follows both electrodes between the extraction electrode and the porous intermediate electrode, and changing the potential applied to the variable convergence degree electrode. An accelerating electrode device for an ion source is provided.
【００１１】[0011]
【作用】この発明のイオン源の加速電極装置において
は、イオンを多孔引出し電極からマルチイオンビームと
して引き出し、該マルチイオンビームに多孔引出し電極
と多孔中間電極との間に配設された収束度可変電極に所
定の電位を与えることにより該マルチイオンビームを所
定の位置に所定の収束度で収束させる。これは、該収束
可変電極に与える電位を変えることによって加速電極間
の電界の湾曲度が変化し、それぞれのビーム間の距離が
変わり、マルチイオンビームが収束または発散すること
によるものである。従がって、該収束可変電極に与える
電位は該マルチイオンビームの収束度を任意かつ容易に
変更することができる。また多孔引出し電極から引き出
されて流出して行くマルチイオンビームは、周囲のガス
分子と衝突し、電子やイオン等の二次粒子を発生させる
とともに、電極との衝突により電極表面から紫外線やＸ
線さらには二次電子等を発生させるが、収束度可変電極
が一種のシールドの役目を果たすことから、これら電
子、イオン、紫外線、Ｘ線、二次電子等による絶縁セラ
ミックからなる加速管の損傷が防止されることとなり、
絶縁セラミック加速管の耐電圧性能の低下が防止され
る。In the accelerating electrode device for an ion source of the present invention, ions are extracted as a multi-ion beam from the multi-hole extraction electrode, and the multi-ion beam is arranged between the multi-hole extraction electrode and the multi-hole intermediate electrode to vary the degree of convergence. By applying a predetermined potential to the electrodes, the multi-ion beam is converged at a predetermined position with a predetermined degree of convergence. This is because the curvature of the electric field between the accelerating electrodes is changed by changing the potential applied to the focusing variable electrode, the distance between the beams is changed, and the multi-ion beam is converged or diverged. Therefore, the potential applied to the variable focus electrode can arbitrarily and easily change the degree of convergence of the multi-ion beam. The multi-ion beam that is extracted from the porous extraction electrode and flows out collides with surrounding gas molecules to generate secondary particles such as electrons and ions, and collides with the electrode so that ultraviolet rays and X-rays are emitted from the electrode surface.
Lines and secondary electrons are generated, but since the variable focusing electrode serves as a kind of shield, damage to the accelerating tube made of insulating ceramic due to these electrons, ions, ultraviolet rays, X-rays, secondary electrons, etc. Will be prevented,
It is possible to prevent deterioration of the withstand voltage performance of the insulating ceramic acceleration tube.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図面に沿って実施例を示し、この発明
のイオン源の加速電極装置についてさらに詳しく説明す
る。図１は、この発明のイオン源の加速電極装置を用い
たイオン源の一実施例を示した断面図である。Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ion source using the acceleration electrode device for an ion source of the present invention.
【００１３】この例においては、１はプラズマ電極、２
は負イオン生成部、３は多孔の引出し電極、４は多孔の
中間電極、５は多孔の接地電極、６は多孔引出し電極と
多孔中間電極との間に、両電極に沿わせるように配設し
た収束度可変電極、７はコロナシールド、８はセシウム
原子を蒸気化するためのオーブン、９は絶縁セラミック
からなる加速管、１０はシールドリングである。そし
て、引出し電極３、中間電極４、および接地電極５で加
速電極を構成する。セシウムオーブン８中で蒸気化され
たセシウム分子は供給管を通じて負イオン生成部２に供
給され、プラズマ電極１への電圧の印加によりプラズマ
励起され負イオン化する。負イオン生成部において発生
する電子、Ｘ線、紫外線等はコロナシールド７によって
外部に漏洩するのを防止される。該負イオンは、負イオ
ン生成部２の下方に設けられた多孔引出し電極３からマ
ルチイオンビームとなって引き出され、多孔中間電極
４、多孔接地電極５を通過しながらこれらの電極によっ
て加速され高エネルギー化して加速管９から流出され
る。多孔引出し電極３と多孔中間電極４との間に、両電
極に沿わせるリング形状の収束度可変電極６を配設す
る。該収束度可変電極に与える電位を変えることによ
り、加速電極間の電界の湾曲度が変化し、それぞれの孔
のビームが収束されるかあるいは発散する。従って、マ
ルチイオンビームは所定の位置に所定の収束度で収束さ
せることができる。In this example, 1 is a plasma electrode, 2
Is a negative ion generating part, 3 is a porous extraction electrode, 4 is a porous intermediate electrode, 5 is a porous ground electrode, and 6 is disposed between the porous extraction electrode and the porous intermediate electrode so as to extend along both electrodes. The variable convergence electrode, 7 is a corona shield, 8 is an oven for vaporizing cesium atoms, 9 is an accelerating tube made of an insulating ceramic, and 10 is a shield ring. Then, the extraction electrode 3, the intermediate electrode 4, and the ground electrode 5 form an acceleration electrode. The cesium molecules vaporized in the cesium oven 8 are supplied to the negative ion generation unit 2 through a supply pipe, and are excited by plasma by application of a voltage to the plasma electrode 1 to be negatively ionized. The corona shield 7 prevents electrons, X-rays, ultraviolet rays, etc., generated in the negative ion generator from leaking to the outside. The negative ions are extracted as a multi-ion beam from the porous extraction electrode 3 provided below the negative ion generation unit 2 and are accelerated by these electrodes while passing through the porous intermediate electrode 4 and the porous ground electrode 5. It is turned into energy and discharged from the acceleration tube 9. Between the porous lead electrode 3 and the porous intermediate electrode 4, a ring-shaped variable convergence electrode 6 is arranged along both electrodes. By changing the potential applied to the variable focusing electrode, the curvature of the electric field between the accelerating electrodes is changed, and the beam of each hole is converged or diverged. Therefore, the multi-ion beam can be focused on a predetermined position with a predetermined degree of convergence.
【００１４】この収束可変電極６には電位を与えるだけ
でよく、ほとんど電流を流す必要がないから、多孔引出
し電極３と多孔中間電極４の２つの電極間に与える電圧
を高抵抗を用いて分圧して収束度可変電極の電源とする
ことも可能である。また収束度可変電極に与える電位を
変更するには、可変抵抗器等を用いることによって可能
である。Since only a potential needs to be applied to the convergent variable electrode 6 and almost no current needs to flow, the voltage applied between the two electrodes, the porous lead electrode 3 and the porous intermediate electrode 4, is divided using a high resistance. It is also possible to apply pressure to the power source for the variable convergence electrode. Further, it is possible to change the potential applied to the variable convergence electrode by using a variable resistor or the like.
【００１５】さらに多孔引出し電極３から引き出されて
流出し加速されて行くマルチイオンビームは、周囲のガ
ス分子と衝突し、電子やイオン等の二次粒子を発生させ
るとともに、電極との衝突により電極表面から紫外線や
Ｘ線さらには二次電子等をも発生させる。これら電子、
イオン、紫外線、Ｘ線、二次電子等は、絶縁セラミック
加速管９を損傷する。この損傷を防止するため、加速管
９内側にシールドリング１０が設けられている。この収
束度可変電極６もシールドリング１０と同様電子、イオ
ン、紫外線、Ｘ線、二次電子等による絶縁セラミック加
速管９の損傷を防止する役目を果たす。Further, the multi-ion beam that is extracted from the porous extraction electrode 3, flows out, and is accelerated, collides with surrounding gas molecules to generate secondary particles such as electrons and ions. Ultraviolet rays, X-rays, and secondary electrons are also generated from the surface. These electrons,
Ions, ultraviolet rays, X-rays, secondary electrons, etc. damage the insulating ceramic accelerating tube 9. In order to prevent this damage, a shield ring 10 is provided inside the acceleration tube 9. Similar to the shield ring 10, the variable focusing electrode 6 also serves to prevent the insulating ceramic accelerating tube 9 from being damaged by electrons, ions, ultraviolet rays, X-rays, secondary electrons, and the like.
【００１６】図２は、図１に示されたイオン源のリング
状の収束可変電極６の電位と、隣り合うマルチイオンビ
ーム間の距離との関係を示す実験結果である。これから
明らかなように、該収束可変電極６の電位を所定（約２
４０ｋＶ）より高くすると、隣り合うビーム間の距離
は、多孔引出し電極３から引き出されるビームの距離、
すなわち、電極の孔の距離（２１ｍｍ）よりも短くなり
ビームは収束し始め、電位を高くするにつれて、隣り合
うビーム間の距離はより短くなって行き、ビームの収束
度は強くなる。逆に、所定電位よりも低くなると、隣り
合うビーム間の距離は、電極の孔の距離よりも広くなり
ビームは発散し始め、電位を低くするにつれて、隣り合
うビームの距離はより広くなって行き、ビームの発散は
大きくなる。FIG. 2 is an experimental result showing the relationship between the potential of the ring-shaped converging variable electrode 6 of the ion source shown in FIG. 1 and the distance between adjacent multi-ion beams. As is apparent from this, the potential of the focusing variable electrode 6 is set to a predetermined value (about 2
40 kV), the distance between the adjacent beams is the distance between the beams extracted from the porous extraction electrode 3,
That is, the beam becomes shorter than the distance (21 mm) of the hole of the electrode, and the beam starts to converge. As the potential is increased, the distance between adjacent beams becomes shorter and the degree of beam convergence increases. On the contrary, when the potential becomes lower than the predetermined potential, the distance between the adjacent beams becomes wider than the distance between the holes of the electrodes and the beams start to diverge, and the distance between the adjacent beams becomes wider as the potential becomes lower. , The beam divergence becomes large.
【００１７】図１で示した実施例は、セシウムを負イオ
ン化したものを加速する加速電極装置であるが、この発
明は、以上によって限定されるものではない。収束度可
変電極６は、図１に示されたようなリング形状のものに
限られず、種々の形状のものが採用できる。そして、こ
のイオン源の加速電極装置を核融合装置のプラズマの２
次加熱装置である中性粒子入射装置（ＮＢＩ）に用いる
場合は、セシウムオーブンに代え重水素供給管を設け、
イオン生成部に供給された重水素を、プラズマ電極１で
正イオン化し、多孔引出し電極３によってマルチイオン
ビームとして引出し、加速し、中性化セル中でマルチイ
オンビームを荷電交換し中性粒子とする。The embodiment shown in FIG. 1 is an accelerating electrode device for accelerating negative ionized cesium, but the present invention is not limited to the above. The convergence degree variable electrode 6 is not limited to the ring shape as shown in FIG. 1, and various shapes can be adopted. Then, the acceleration electrode device of this ion source is
When used in a neutral particle injector (NBI), which is the next heating device, a deuterium supply pipe is provided instead of the cesium oven,
The deuterium supplied to the ion generation part is positively ionized by the plasma electrode 1, extracted as a multi-ion beam by the porous extraction electrode 3, accelerated, and the multi-ion beam is charge-exchanged in the neutralization cell to form neutral particles. To do.
【００１８】[0018]
【発明の効果】この発明は、以上詳しく説明したように
構成されているので、以下に記載されるような効果を奏
する。マルチイオンビームの収束度を任意かつ容易に変
更できるので、収束度の強い高エネルギーのマルチイオ
ンビームから収束度の弱い均一に発散した広いスポット
有をするマルチイオンビームまでを生成することがで
き、核融合装置のプラズマの２次加熱として用いられる
中性粒子入射装置（ＮＢＩ）から、原子核および素粒子
研究用、医療用、イオン注入用若しくは表面処理・表面
改質といった工業用等にまでの各種の用途に幅広く用い
られる加速器のイオン源として有効に使用し得る。 マ
ルチイオンビームの収束度を変更するには、収束度可変
電極に電位を与えるだけでほとんど電流を流す必要がな
い。従って、エネルギーの消費が少なく、電極を加熱し
過ぎることがないので、電極を冷却等する必要性がなく
経済的である。また、収束度可変電極の電位は、２つの
電極間の電圧を高抵抗を用いて分圧して与えることも可
能であるから、特別な電源を設ける必要もない。その
上、収束電極に与える電位を変更するには、可変抵抗器
等を設ければよいから、設計ならびに製造が非常に容易
である。更に、多孔引出し電極と多孔中間電極との間
に、各々の電極に沿わせる形状の収束度可変電極を配設
するだけでよいから、イオン源の加速電極装置を各種の
サイズ、各種用途の多孔電極を有するイオン源に適用す
る際、設計ならびに製造が非常に容易である。また従来
の平板状の多孔電極を有するイオン源を改修して該収束
度可変電極を設置することも容易に行うことができる。Since the present invention is configured as described in detail above, it has the following effects. Since the degree of convergence of the multi-ion beam can be changed arbitrarily and easily, it is possible to generate from a high-energy multi-ion beam having a strong convergence to a multi-ion beam having a weak divergence and having a wide divergent spot. From neutral particle injector (NBI) used for secondary heating of plasma in nuclear fusion devices, to nuclear and elementary particle research, medical, ion implantation, industrial applications such as surface treatment and surface modification, etc. Can be effectively used as an ion source of an accelerator widely used for To change the degree of convergence of the multi-ion beam, it suffices to apply an electric potential to the variable degree-of-focusing electrode and almost no current needs to flow. Therefore, the energy consumption is small and the electrode is not overheated, so there is no need to cool the electrode, which is economical. Further, the potential of the variable convergence electrode can be applied by dividing the voltage between the two electrodes by using a high resistance, so that it is not necessary to provide a special power source. Moreover, in order to change the potential applied to the focusing electrode, a variable resistor or the like may be provided, so that the design and manufacturing are very easy. Furthermore, since it suffices to dispose between the porous extraction electrode and the porous intermediate electrode a variable focusing degree electrode having a shape along each electrode, the acceleration electrode device of the ion source can be used for various sizes and for various applications. When applied to an ion source with electrodes, it is very easy to design and manufacture. It is also possible to easily modify the conventional ion source having a flat plate-shaped porous electrode and install the variable focusing degree electrode.
【００１９】多孔引出し電極から引き出されて流出して
行くマルチイオンビームは、周囲のガス分子と衝突し、
電子やイオン等の二次粒子を発生させるとともに、電極
との衝突により電極表面から紫外線やＸ線さらには二次
電子等が発生するが、収束度可変電極が一種のシールド
の役目を果たすことから、シールドリングと同様、これ
ら電子、イオン、紫外線、Ｘ線、二次電子等による絶縁
セラミックからなる加速管の損傷が防止されることとな
り、絶縁セラミック加速管の耐電圧性能の低下が防止さ
れ、絶縁セラミック加速管の長寿命化につながり経済的
である。The multi-ion beam extracted from the porous extraction electrode and flowing out collides with surrounding gas molecules,
In addition to generating secondary particles such as electrons and ions, ultraviolet rays, X-rays and secondary electrons are generated from the electrode surface due to collision with the electrode, but the variable focusing electrode serves as a kind of shield. As with the shield ring, the acceleration tube made of an insulating ceramic is prevented from being damaged by these electrons, ions, ultraviolet rays, X-rays, secondary electrons, etc., and the withstand voltage performance of the insulating ceramic acceleration tube is prevented from decreasing. Economical because it extends the life of the insulating ceramic accelerating tube.
【図１】この発明のイオン源の電極装置を用いたイオン
源の縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of an ion source using an electrode device for an ion source of the present invention.
【図２】図１に示した装置による実験結果を示すグラフ
である。FIG. 2 is a graph showing an experimental result by the device shown in FIG.
【図３】従来のシングルイオンビームを用いた加速器を
示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional accelerator using a single ion beam.
【図４】従来の湾曲状多孔電極によるマルチイオンビー
ムを用いた中性粒子入射装置を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional neutral particle injection device using a multi-ion beam with a curved porous electrode.
１ プラズマ電極 ２ 負イオン生成部 ３ 多孔引出し電極 ４ 多孔中間電極 ５ 多孔接地電極 ６ 収束度可変電極 ７ コロナシールド ８ セシウムオーブン ９ 加速管 １０ シールドリング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma electrode 2 Negative ion generation part 3 Porous extraction electrode 4 Porous intermediate electrode 5 Porous grounding electrode 6 Variable convergence degree electrode 7 Corona shield 8 Cesium oven 9 Accelerator tube 10 Shield ring
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成６年２月１０日[Submission date] February 10, 1994
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００３[Name of item to be corrected] 0003
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００３】従来より、イオン源には、一個の孔より引
き出された一本のイオンビーム、すなわちシングルイオ
ンビームを用いるものと、多孔電極より引き出された多
数本のイオンビーム、すなわちマルチイオンビームを用
いるものとがある。シングルビームを用いたものとして
は、特開平４−３７０００号公報に従来例として記載さ
れたようなものが知られている。これは、数１０ｋｅＶ
から数ＭｅＶ程度のエネルギー領域にシングルイオンビ
ームを加速するものであって、図３に示すような単一電
極孔（３１）を有する複数の加速電極（３２）を多段配
備した構造のものである。Conventionally, as the ion source, one ion beam extracted from one hole, that is, a single ion beam, and multiple ion beams extracted from a porous electrode, that is, a multi-ion beam are used. There is something to use. As the one using a single beam, the one described as a conventional example in JP-A-4-37000 is known. This is a few tens keV
To accelerating a single ion beam in an energy region of about several MeV, and has a structure in which a plurality of accelerating electrodes (32) having a single electrode hole (31) as shown in FIG. 3 are arranged in multiple stages. .
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１３[Correction target item name] 0013
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１３】この例においては、１はプラズマ電極、２
は負イオン生成部、３は多孔の引出し電極、４は多孔の
中間電極、５は多孔の接地電極、６は多孔引出し電極と
多孔中間電極との間に、両電極に沿わせるように配設し
た収束度可変電極、７はコロナシールド、８はセシウム
原子を蒸気化するためのオーブン、９は絶縁セラミック
からなる加速管、１０はシールドリングである。そし
て、引出し電極３、中間電極４、および接地電極５で加
速電極を構成する。セシウムオーブン８中で蒸気化され
たセシウム分子は供給管を通じて負イオン生成部２に供
給され、プラズマ電極１に蒸着し仕事関数を下げる。プ
ラズマで生成された水素原子がプラズマ電極１表面で水
素負イオンとなる。高電位におかれる負イオン生成部は
コロナシールド７によって電界集中が防止される。該負
イオンは、負イオン生成部２の下方に設けられた多孔引
出し電極３からマルチイオンビームとなって引き出さ
れ、多孔中間電極４、多孔接地電極５を通過しながらこ
れらの電極によって加速され高エネルギー化して加速管
９から流出される。多孔引出し電極３と多孔中間電極４
との間に、両電極に沿わせるリング形状の収束度可変電
極６を配設する。該収束度可変電極に与える電位を変え
ることにより、加速電極間の電界の湾曲度が変化し、そ
れぞれの孔のビームが収束されるかあるいは発散する。
従って、マルチイオンビームは所定の位置に所定の収束
度で収束させることができる。In this example, 1 is a plasma electrode, 2
Is a negative ion generating part, 3 is a porous extraction electrode, 4 is a porous intermediate electrode, 5 is a porous ground electrode, and 6 is disposed between the porous extraction electrode and the porous intermediate electrode so as to extend along both electrodes. The variable convergence electrode, 7 is a corona shield, 8 is an oven for vaporizing cesium atoms, 9 is an accelerating tube made of an insulating ceramic, and 10 is a shield ring. Then, the extraction electrode 3, the intermediate electrode 4, and the ground electrode 5 form an acceleration electrode. The cesium molecules vaporized in the cesium oven 8 are supplied to the negative ion generation unit 2 through the supply pipe, are vapor-deposited on the plasma electrode 1, and lower the work function. Hydrogen atoms generated by the plasma become hydrogen negative ions on the surface of the plasma electrode 1. In the negative ion generating section placed at a high potential, the corona shield 7 prevents the electric field concentration. The negative ions are extracted as a multi-ion beam from the porous extraction electrode 3 provided below the negative ion generation unit 2 and are accelerated by these electrodes while passing through the porous intermediate electrode 4 and the porous ground electrode 5. It is turned into energy and discharged from the acceleration tube 9. Porous extraction electrode 3 and porous intermediate electrode 4
A ring-shaped variable convergence electrode 6 is arranged between the two electrodes, and. By changing the potential applied to the focusing degree variable electrode, the curvature of the electric field between the accelerating electrodes is changed, and the beam of each hole is converged or diverged.
Therefore, the multi-ion beam can be focused on a predetermined position with a predetermined degree of convergence.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１７[Correction target item name] 0017
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１７】図１で示した実施例は、水素を負イオン化
したものを加速する加速電極装置であるが、この発明
は、以上によって限定されるものではない。収束度可変
電極６は、図１に示されたようなリング形状のものに限
られず、種々の形状のものが採用できる。そして、この
イオン源の加速電極装置を核融合装置のプラズマの２次
加熱装置である中性粒子入射装置（ＮＢＩ）に用いる場
合は、イオン生成部に供給された重水素を、プラズマ化
し、多孔引出し電極３によってマルチイオンビームとし
て引出し、加速し、中性化セル中でマルチイオンビーム
を荷電交換し中性粒子とする。Although the embodiment shown in FIG. 1 is an accelerating electrode device for accelerating hydrogen ionized, the present invention is not limited to the above. The convergence degree variable electrode 6 is not limited to the ring shape as shown in FIG. 1, and various shapes can be adopted. When the accelerating electrode device of this ion source is used in a neutral particle injector (NBI) which is a secondary heating device for plasma of a nuclear fusion device, the deuterium supplied to the ion generator is turned into plasma and A multi-ion beam is extracted by the extraction electrode 3 and accelerated, and the multi-ion beam is subjected to charge exchange in the neutralization cell to form neutral particles.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１８[Correction target item name] 0018
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１８】[0018]
【発明の効果】この発明は、以上詳しく説明したように
構成されているので、以下に記載されるような効果を奏
する。マルチイオンビームの収束度を任意かつ容易に変
更できるので、収束度の強い高エネルギーのマルチイオ
ンビームから収束度の弱い均一に発散した広いスポット
有をするマルチイオンビームまでを生成することがで
き、核融合装置のプラズマの２次加熱として用いられる
中性粒子入射装置（ＮＢＩ）から、原子核および素粒子
研究用、医療用、イオン注入用若しくは表面処理・表面
改質といった工業用等にまでの各種の用途に幅広く用い
られる加速器のイオン源として有効に使用し得る。 マ
ルチイオンビームの収束度を変更するには、収束度可変
電極に電位を与えるだけでほとんど電流を流す必要がな
い。従って、エネルギーの消費が少なく、電極が加熱さ
れることがないので、電極を冷却等する必要性がなく経
済的である。また、収束度可変電極の電位は、２つの電
極間の電圧を高抵抗を用いて分圧して与えることも可能
であるから、特別な電源を設ける必要もない。その上、
収束電極に与える電位を変更するには、可変抵抗器等を
設ければよいから、設計ならびに製造が非常に容易であ
る。更に、多孔引出し電極と多孔中間電極との間に、各
々の電極に沿わせる形状の収束度可変電極を配設するだ
けでよいから、イオン源の加速電極装置を各種のサイ
ズ、各種用途の多孔電極を有するイオン源に適用する
際、設計ならびに製造が非常に容易である。また従来の
平板状の多孔電極を有するイオン源を改修して該収束度
可変電極を設置することも容易に行うことができる。Since the present invention is configured as described in detail above, it has the following effects. Since the degree of convergence of the multi-ion beam can be changed arbitrarily and easily, it is possible to generate from a high-energy multi-ion beam having a strong convergence to a multi-ion beam having a weak divergence and having a wide divergent spot. From neutral particle injector (NBI) used for secondary heating of plasma in nuclear fusion devices, to nuclear and elementary particle research, medical, ion implantation, industrial applications such as surface treatment and surface modification, etc. Can be effectively used as an ion source of an accelerator widely used for To change the degree of convergence of the multi-ion beam, it suffices to apply an electric potential to the variable degree-of-focusing electrode and almost no current needs to flow. Therefore, the energy consumption is small and the electrode is not heated, so that there is no need to cool the electrode and it is economical. Further, the potential of the variable convergence electrode can be applied by dividing the voltage between the two electrodes by using a high resistance, so that it is not necessary to provide a special power source. Moreover,
Since a variable resistor or the like may be provided to change the potential applied to the focusing electrode, design and manufacture are very easy. Furthermore, since it suffices to dispose between the porous extraction electrode and the porous intermediate electrode a variable focusing degree electrode having a shape along each electrode, the acceleration electrode device of the ion source can be used for various sizes and for various applications. When applied to an ion source with electrodes, it is very easy to design and manufacture. It is also possible to easily modify the conventional ion source having a flat plate-shaped porous electrode and install the variable focusing degree electrode.
Claims (3)
出し電極によってマルチイオンビームとして引き出し加
速するようにしてなる加速電極装置において、多孔引出
し電極と多孔中間電極との間に、両電極に沿わせる形状
の収束度可変電極を配設し、該収束度可変電極に与える
電位を可変とすることでマルチイオンビームの収束度を
変更可能としたことを特徴とするイオン源の加速電極装
置1. An accelerating electrode device in which ions generated in an ion generating part are extracted and accelerated as a multi-ion beam by a porous extraction electrode, and are arranged between a porous extraction electrode and a porous intermediate electrode along both electrodes. An accelerating electrode device for an ion source, characterized in that a variable focusing degree electrode is provided, and the focusing degree of a multi-ion beam can be changed by changing the potential applied to the variable focusing degree electrode.
の中性粒子入射装置に装備される請求項１記載のイオン
源の加速電極装置2. An accelerating electrode device for an ion source according to claim 1, which is installed in a neutral particle injection device for a secondary heating device for plasma of a fusion device.
ン源の加速電極装置。3. The accelerating electrode device for an ion source according to claim 1, which is installed in an accelerator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5295783A JPH07153600A (en) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | Accelerating electrode device for ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5295783A JPH07153600A (en) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | Accelerating electrode device for ion source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07153600A true JPH07153600A (en) | 1995-06-16 |
Family
ID=17825105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5295783A Pending JPH07153600A (en) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | Accelerating electrode device for ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07153600A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010029929A1 (en) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | 株式会社アルバック | Ion irradiation device |
| CN112638024A (en) * | 2019-07-25 | 2021-04-09 | 上海宏澎能源科技有限公司 | Plasma beam generating device |
-
1993
- 1993-11-25 JP JP5295783A patent/JPH07153600A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010029929A1 (en) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | 株式会社アルバック | Ion irradiation device |
| JPWO2010029929A1 (en) * | 2008-09-10 | 2012-02-02 | 株式会社アルバック | Ion irradiation equipment |
| CN112638024A (en) * | 2019-07-25 | 2021-04-09 | 上海宏澎能源科技有限公司 | Plasma beam generating device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4314180A (en) | High density ion source | |
| US9224580B2 (en) | Plasma generator | |
| US2994801A (en) | Electron beam generation | |
| JP5337028B2 (en) | apparatus | |
| Hosseinzadeh et al. | Optimization and numerical simulation for the extraction system of the H− multicusp ion source | |
| JPH07153600A (en) | Accelerating electrode device for ion source | |
| Belchenko et al. | Negative ion surface-plasma source development for fusion in Novosibirsk | |
| KR102118604B1 (en) | Line Type Ion Beam Emission Device | |
| US7442941B2 (en) | Ion generator | |
| US3517240A (en) | Method and apparatus for forming a focused monoenergetic ion beam | |
| Belchenko et al. | Development of surface-plasma negative ions sources at the Budker Institute of nuclear physics | |
| JP3504290B2 (en) | Method and apparatus for generating low energy neutral particle beam | |
| JP2002329600A (en) | Ion accelerating device | |
| TWI849568B (en) | Ion source and ion implantation system | |
| US3514666A (en) | Charged particle generator yielding a mono-energetic ion beam | |
| JP2022029437A (en) | Non-contact DC ion beam source with hollow cylindrical cathode and deformation collimator | |
| US12046443B2 (en) | Shield for filament in an ion source | |
| Variale et al. | Secondary electrons problem study in beam energy recovery for fusion: Experimental apparatus | |
| RU2288553C2 (en) | Gas-filled diode with external magnetic insulation | |
| JPH02144900A (en) | Accelerator combining ion extraction in high neutron flux neutron tube | |
| JP2024058747A (en) | Charged particle beam transport device, manufacturing method of charged particle beam transport device, and neutralization method of charged particle beam | |
| JPH04181636A (en) | Metal ion source | |
| Okumura et al. | Advanced negative ion beam technology to improve the system efficiency of neutral beam injectors | |
| RU2267181C2 (en) | Vacuum neutron tube | |
| JPH02267837A (en) | Ion source for large ion current with large diameter |