JPH07230783A - Hydrogen ion beam generating device - Google Patents
Hydrogen ion beam generating deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵材料より水素
イオンを引き出して水素イオンビームを出力するととも
に、水素イオンビームを電気的および磁気的に集束、偏
向させて水素イオンビームを取り出すもので、高性能イ
オン顕微鏡用のイオンビーム源や、核融合プラズマの加
熱のための大容量、高効率イオンビーム源その他として
用いることが可能な小型のイオンビーム源としての水素
イオンビーム発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to extracting hydrogen ions from a hydrogen storage material to output a hydrogen ion beam, and also to focus and deflect the hydrogen ion beam electrically and magnetically to extract the hydrogen ion beam. The present invention relates to a hydrogen ion beam generator as a small ion beam source that can be used as an ion beam source for a high-performance ion microscope, a large-capacity, high-efficiency ion beam source for heating fusion plasma, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のデュオプラズマトロン装置は、図
４に示すように磁気コイルＣを巻装した強磁性金属のコ
アＫの内部にガスを導入するためのガス導入管Ｇが介挿
され、前記ガス導入管Ｇの先端にカソードフィラメント
Ｆが配設され、このカソードフィラメントＦに対向して
テーパ部ＤＴと開口ＤＯを備えた中間電極Ｄが配設さ
れ、カソードフィラメントＦと前記中間電極Ｄとの間に
カソードチャンバＣＣが形成され、前記コアＫのフラン
ジ部ＫＦに対向して配設されたプレート部材Ｐの中心部
に前記中間電極Ｄに対向させてテーパ部ＡＴと開口ＡＯ
を備えたアノードＡが配設され、前記コアＫと前記プレ
ート部材Ｐとの間に第２のガスが供給されているアノー
ドチャンバＡＣが形成されている。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 4, a conventional duoplasmatron device has a gas introducing pipe G for introducing a gas into a core K of a ferromagnetic metal wound with a magnetic coil C. A cathode filament F is disposed at the tip of the gas introducing tube G, an intermediate electrode D having a tapered portion DT and an opening DO is disposed facing the cathode filament F, and the cathode filament F and the intermediate electrode D are disposed. A cathode chamber CC is formed between them, and a taper portion AT and an opening AO are formed in the central portion of the plate member P arranged to face the flange portion KF of the core K so as to face the intermediate electrode D.
And an anode chamber AC to which the second gas is supplied is formed between the core K and the plate member P.
【０００３】上記構成より成る従来のデュオプラズマト
ロン装置は、図４に示すように放電によるプラズマが前
記カソードチャンバＣＣから前記中間電極Ｄの開口Ｄ
Ｏ、前記アノードチャンバＡＣおよび前記アノードＡの
開口ＡＯを介して図中右方に取り出される。In the conventional duoplasmatron device having the above-mentioned structure, as shown in FIG. 4, plasma generated by discharge is discharged from the cathode chamber CC into the opening D of the intermediate electrode D.
O, the anode chamber AC, and the opening AO of the anode A are taken out to the right in the drawing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記従来のデュオプラ
ズマトロン装置は、イオン源としてプラズマを利用する
方式であるため、プラズマを発生するための装置が大き
くなるとともにイオンビームを絞るために大きな電極が
必要になるので、図４に示すように大型の大掛りな装置
となり、発生するイオンビームの径が大きく、電源およ
びその他の制御装置も高価であり、システムが複雑とな
り、大電力が必要であり、且つフレキシビリティに欠け
るという問題が有った。Since the above-mentioned conventional duoplasmatron device uses a plasma as an ion source, a device for generating plasma becomes large and a large electrode is used for narrowing the ion beam. As shown in FIG. 4, it becomes a large-scale and large-scale device, the diameter of the generated ion beam is large, the power supply and other control devices are expensive, the system becomes complicated, and high power is required. In addition, there was a problem of lacking flexibility.
【０００５】そこで本発明者らは、水素吸蔵材料に電荷
をかけて一端に移動させるとともに、水素イオンを引き
出すことにより水素イオンビームを出力するという本発
明の第１の技術的思想に着眼するとともに、イオンビー
ムを電気的および磁気的に集束、偏向させて取り出すと
いう本発明の第２の技術的思想に着眼して、さらに研究
開発を重ねた結果、小型でシンプルであり、ビーム径が
小さく、安価であって、取扱が容易であり、使用場所の
制約が無く、小電力タイプであり、かつフレキシブルで
あるという目的を達成する本発明に到達した。Therefore, the inventors of the present invention have focused on the first technical idea of the present invention, in which the hydrogen storage material is charged and moved to one end and the hydrogen ions are extracted to output the hydrogen ion beam. As a result of further research and development, focusing on the second technical idea of the present invention, in which the ion beam is electrically and magnetically focused, deflected, and extracted, as a result of further research and development, it is small and simple, and the beam diameter is small. The present invention has been achieved which achieves the objectives of being inexpensive, easy to handle, not restricted in the place of use, being a low power type, and being flexible.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の水素イオンビーム発生装置は、真空状態
に維持された真空容器と、前記真空容器の一部に突出さ
せて配設された水素吸蔵材料より成る電極棒と、前記真
空容器内において、前記突出させて配設された電極棒に
近接して配設され、前記電極棒から水素イオンを引出
し、水素イオンビームを出力する引出電極とから成るも
のである。The hydrogen ion beam generator according to the present invention (the first invention according to claim 1) has a vacuum container maintained in a vacuum state and a part of the vacuum container. An electrode rod made of a hydrogen storage material is disposed, and in the vacuum container, the electrode rod is disposed close to the protruding electrode rod, and hydrogen ions are extracted from the electrode rod to generate a hydrogen ion beam. The output electrode is for output.
【０００７】本発明（請求項２に記載の第２発明）の水
素イオンビーム発生装置は、第１発明に対して、前記真
空容器の一部に配設されるとともに、前記引出電極との
間に電圧が印加され、前記引出電極によって引き出され
出力される水素イオンビームを集束する集束手段を付加
したものである。The hydrogen ion beam generator according to the present invention (the second invention according to claim 2) is provided in a part of the vacuum container as compared with the first invention, and is provided between the extraction electrode and A focusing means for focusing a hydrogen ion beam that is applied with a voltage and is extracted and output by the extraction electrode is added.
【０００８】本発明（請求項３に記載の第３発明）の水
素イオンビーム発生装置は、第２発明に対して、前記集
束手段の上流に配設され、前記引出電極によって引き出
され出力された水素イオンビームを磁気的にガイドして
中性原子を除去する磁気ガイドを付加したものである。The hydrogen ion beam generator of the present invention (the third invention according to claim 3) is arranged upstream of the focusing means with respect to the second invention, and is extracted and output by the extraction electrode. A magnetic guide for magnetically guiding the hydrogen ion beam to remove neutral atoms is added.
【０００９】本発明（請求項４に記載の第４発明）の水
素イオンビーム発生装置は、第１発明に対して、前記電
極棒を構成する水素吸蔵材料に対して水素を補充して前
記電極棒を水素吸蔵状態に維持する水素吸蔵装置を付加
したものである。The hydrogen ion beam generator of the present invention (the fourth invention according to claim 4) is the same as the first invention, except that the hydrogen storage material forming the electrode rod is supplemented with hydrogen. A hydrogen storage device for maintaining the rod in a hydrogen storage state is added.
【００１０】本発明（請求項５に記載の第５発明）の水
素イオンビーム発生装置は、第３発明において、前記引
出電極が、引き出され出力された水素イオンビームを集
束する静電レンズによって構成されているとともに、前
記電極棒が、側面に銅メッキが施されたパラジウムによ
って構成されているものである。In the hydrogen ion beam generator of the present invention (the fifth invention according to claim 5), in the third invention, the extraction electrode is composed of an electrostatic lens for focusing the extracted and output hydrogen ion beam. In addition, the electrode rod is made of palladium with copper plated on its side surface.
【００１１】本発明（請求項６に記載の第６発明）の水
素イオンビーム発生装置は、第５発明において、前記磁
気ガイドが、曲げられたダクト状の部材によって構成さ
れ、前記集束手段が、前記引出電極を構成する静電レン
ズとの間に電圧が印加されたターゲットによって構成さ
れ、前記引出電極によって引き出され出力された水素イ
オンビームを集束して前記ターゲットに磁気的にガイド
し得る構成より成るものである。In the hydrogen ion beam generator of the present invention (the sixth invention according to claim 6), in the fifth invention, the magnetic guide is constituted by a bent duct-shaped member, and the focusing means is It is composed of a target to which a voltage is applied between the electrostatic lens forming the extraction electrode and a structure capable of focusing the hydrogen ion beam extracted and output by the extraction electrode and magnetically guiding it to the target. It consists of
【００１２】[0012]
【作用】上記構成より成る第１発明の水素イオンビーム
発生装置は、真空状態に維持された前記真空容器の一部
に突出させて配設された水素吸蔵材料より成る前記電極
棒内において水素イオンを移動させるとともに、前記電
極棒に近接して配設された前記引出電極が、前記電極棒
から水素イオンを引き出して水素イオンビームを出力す
るものである。According to the hydrogen ion beam generator of the first aspect of the present invention having the above-mentioned structure, the hydrogen ion is generated in the electrode rod made of the hydrogen storage material which is arranged so as to project from a part of the vacuum chamber maintained in a vacuum state. Is moved, and the extraction electrode arranged in the vicinity of the electrode rod extracts hydrogen ions from the electrode rod and outputs a hydrogen ion beam.
【００１３】上記構成より成る第２発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、真空状態に維持された前記真空容器の
一部に突出させて配設された水素吸蔵材料より成る前記
電極棒内において水素イオンを移動させるとともに、前
記電極棒に近接して配設された前記引出電極が、前記電
極棒から水素イオンを引き出し、前記真空容器の一部に
配設されて前記引出電極との間に電圧が印加された前記
集束手段が、前記引出電極によって引き出され出力され
た水素イオンビームを集束して取り出すものである。According to the hydrogen ion beam generator of the second aspect of the present invention having the above-mentioned structure, the hydrogen ion is generated in the electrode rod made of the hydrogen storage material, which is arranged so as to project from a part of the vacuum container maintained in the vacuum state. And the extraction electrode arranged in proximity to the electrode rod draws hydrogen ions from the electrode rod and is arranged in a part of the vacuum container so that a voltage is applied between the extraction electrode and the extraction electrode. The applied focusing means focuses and takes out the hydrogen ion beam extracted and output by the extraction electrode.
【００１４】上記構成より成る第３発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、真空状態に維持された前記真空容器の
一部に突出させて配設された水素吸蔵材料より成る前記
電極棒内において水素イオンを移動させるとともに、前
記電極棒に近接して配設された前記引出電極が、前記電
極棒から水素イオンを引き出し、前記集束手段の上流に
配設された磁気ガイドが、前記引出電極によって引き出
され出力された水素イオンビームを磁気的にガイドして
中性原子を除去し、前記真空容器の一部に配設されて前
記引出電極との間に電圧が印加された前記集束手段が、
前記磁気ガイドによって磁気的にガイドされた水素イオ
ンビームを集束して取り出すものである。According to the hydrogen ion beam generator of the third aspect of the present invention having the above-mentioned structure, the hydrogen ion is generated in the electrode rod made of the hydrogen storage material, which is arranged so as to project from a part of the vacuum container maintained in the vacuum state. And the extraction electrode arranged in the vicinity of the electrode rod draws hydrogen ions from the electrode rod, and the magnetic guide arranged upstream of the focusing means is drawn by the extraction electrode. The focusing means in which the output hydrogen ion beam is magnetically guided to remove neutral atoms and a voltage is applied between the extraction electrode and a part of the vacuum container is provided.
The hydrogen ion beam magnetically guided by the magnetic guide is focused and taken out.
【００１５】上記構成より成る第４発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記水素吸蔵装置が、前記電極棒を構
成する水素吸蔵材料に対して水素を補充して前記電極棒
を水素吸蔵状態に維持するものである。In the hydrogen ion beam generator according to the fourth aspect of the present invention having the above structure, the hydrogen absorbing device maintains the electrode rod in a hydrogen absorbing state by replenishing the hydrogen absorbing material forming the electrode rod with hydrogen. To do.
【００１６】上記構成より成る第５発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、真空状態に維持された前記真空容器の
一部に突出させて配設された前記パラジウムより成る前
記電極棒が水素イオンを有効に発生させるとともに、前
記電極棒に近接して配設された前記静電レンズが、前記
有効に発生された水素イオンを引き出して出力された水
素イオンビームを集束させて出力するものである。In the hydrogen ion beam generator according to the fifth aspect of the present invention having the above-mentioned structure, the electrode rod made of palladium arranged so as to project from a portion of the vacuum chamber maintained in a vacuum state effectively makes hydrogen ions effective. In addition to the above-mentioned generation, the electrostatic lens arranged in the vicinity of the electrode rod extracts the effectively generated hydrogen ions and focuses and outputs the outputted hydrogen ion beam.
【００１７】上記構成より成る第６発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、真空状態に維持された前記真空容器の
一部に突出させて配設された前記パラジウムより成る前
記電極棒によって有効に発生され突出端に移動させた水
素イオンを、前記静電レンズが引き出して水素イオンビ
ームを集束して出力するとともに、前記集束手段の上流
に配設されたダクト状の磁気ガイドが、前記引出電極に
よって出力された水素イオンビームを磁気的にガイドし
て中性原子を除去し、前記真空容器の一部に配設されて
前記引出電極との間に電圧が印加された前記ターゲット
が、前記磁気ガイドによって磁気的にガイドされた水素
イオンビームを集束して取り出すものである。The hydrogen ion beam generator of the sixth invention having the above-mentioned structure is effectively generated by the electrode rod made of the palladium, which is arranged so as to project from a part of the vacuum container maintained in a vacuum state. The electrostatic lens extracts the hydrogen ions moved to the projecting end to focus and output the hydrogen ion beam, and the duct-shaped magnetic guide disposed upstream of the focusing means outputs the hydrogen ions by the extraction electrode. The target is placed in a part of the vacuum container and a voltage is applied between the target and the extraction electrode by magnetically guiding the hydrogen ion beam to remove the neutral atom. It focuses and takes out the magnetically guided hydrogen ion beam.
【００１８】[0018]
【発明の効果】上記作用を奏する第１発明の水素イオン
ビーム発生装置は、水素吸蔵材料より成る前記電極棒内
において移動した水素イオンを、近接して配設された前
記引出電極によって前記電極棒から引き出して水素イオ
ンビームを出力するものであるため、小型でシンプルで
あり、ビーム径が小さく、安価であり、取扱が容易であ
り、使用場所の制約が無く、小電力タイプであり、かつ
フレキシブルであるという効果を奏する。According to the hydrogen ion beam generator of the first aspect of the present invention, which has the above-described action, the hydrogen ions moved in the electrode rod made of a hydrogen storage material are moved to the electrode rod by the extraction electrodes arranged in close proximity to each other. Since it outputs the hydrogen ion beam by pulling it out, it is small and simple, the beam diameter is small, it is inexpensive, it is easy to handle, there is no restriction on the place of use, it is a low power type, and it is flexible. Has the effect of being
【００１９】上記作用を奏する第２発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記第１発明と同様の効果を奏すると
ともに、前記集束手段が、前記引出電極によって引き出
された水素イオンビームを集束して取り出すので、絞ら
れた一層ビーム径の小さな水素イオンビームを出力する
ことが出来るという効果を奏する。In the hydrogen ion beam generator of the second invention having the above-mentioned action, the same effect as that of the first invention is exhibited, and the focusing means focuses and takes out the hydrogen ion beam extracted by the extraction electrode. Therefore, it is possible to output a focused hydrogen ion beam having a smaller beam diameter.
【００２０】上記作用を奏する第３発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記第２発明と同様の効果を奏すると
ともに、前記磁気ガイドが、前記引出電極によって引き
出されたイオンビームを磁気的にガイドして一層効率良
く水素イオンビームを取り出すことが出来るという効果
を奏するとともに、中性原子を除去ことが出来るという
効果を奏する。In the hydrogen ion beam generator of the third invention having the above-mentioned action, the same effect as that of the second invention is obtained, and the magnetic guide magnetically guides the ion beam extracted by the extraction electrode. In addition to the effect that the hydrogen ion beam can be more efficiently extracted, the neutral atom can be removed.
【００２１】上記作用を奏する第４発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記水素吸蔵装置が、前記電極棒を構
成する水素吸蔵材料に対して水素を補充して前記電極棒
を水素吸蔵状態に維持するので、連続長時間の水素イオ
ンビームの出力を可能にするという効果を奏する。In the hydrogen ion beam generator according to the fourth aspect of the present invention, the hydrogen storage device maintains the electrode rod in the hydrogen storage state by supplementing the hydrogen storage material forming the electrode rod with hydrogen. Therefore, there is an effect that the hydrogen ion beam can be continuously output for a long time.
【００２２】上記作用を奏する第５発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記第３発明と同様の効果を奏すると
ともに、前記引出電極として前記静電レンズを用いてい
るので、水素イオンビームを集束するため、絞られた一
層ビーム径の小さな水素イオンビームを出力することが
出来るという効果を奏し、且つ前記パラジウムより成る
前記電極棒によって有効に発生された水素イオンに基づ
き強力な水素イオンビームを出力出来るという効果を奏
するとともに、前記電極棒を構成するパラジウムの形状
の自由度の高さを利用してイオンビームの形状を任意に
設定することが出来るという効果を奏する。The hydrogen ion beam generator according to the fifth aspect of the present invention, which has the above-described operation, exhibits the same effects as the third aspect of the invention, and since the electrostatic lens is used as the extraction electrode, it focuses the hydrogen ion beam. Therefore, it is possible to output a focused hydrogen ion beam having a smaller beam diameter, and a strong hydrogen ion beam can be output based on the hydrogen ions effectively generated by the electrode rod made of the palladium. In addition to the above effect, the shape of the ion beam can be arbitrarily set by utilizing the high degree of freedom of the shape of the palladium forming the electrode rod.
【００２３】上記作用を奏する第６発明の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記第５発明と同様の効果を奏すると
ともに、前記曲げられたダクト状の磁気ガイドが前記静
電レンズによって集束された水素イオンビームを前記タ
ーゲットに滑らかにガイドするので、さらに一層効率良
く水素イオンビームを出力することが出来るという効果
を奏する。The hydrogen ion beam generator according to the sixth aspect of the present invention, which has the above-mentioned effect, has the same effect as that of the fifth aspect of the present invention, and the bent ion-shaped magnetic guide is focused by the electrostatic lens. Since the beam is smoothly guided to the target, the hydrogen ion beam can be output more efficiently.
【００２４】[0024]
【実施例】以下本発明の実施例につき、図面を用いて説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２５】本実施例の水素イオンビーム発生装置は、
図１および図２に示すように真空状態に維持された真空
容器１と、前記真空容器１の一部に突出させて配設され
た水素を吸蔵させたパラジウムより成り、水素イオンを
突出端に移動させる電極棒２と、前記真空容器１内にお
いて、前記突出させて配設された電極棒２に近接して配
設され、前記電極棒２から水素イオンを引出して水素イ
オンビームを出力する引出電極３と、前記引出電極３の
下流に配設され、前記引出電極によって出力されたイオ
ンビームを磁気的にガイドして中性原子を除去する磁気
ガイド４、前記真空容器の一部に配設されるとともに、
前記引出電極との間に電圧が印加され、前記引出電極に
よって出力された水素イオンビームを集束する集束手段
５とから成るものである。The hydrogen ion beam generator of this embodiment is
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the vacuum container 1 is maintained in a vacuum state, and the hydrogen is inserted in a part of the vacuum container 1 to absorb hydrogen. An electrode rod 2 to be moved and an electrode rod 2 which is disposed in the vacuum chamber 1 in the vicinity of the electrode rod 2 which is disposed so as to project, and which extracts hydrogen ions from the electrode rod 2 and outputs a hydrogen ion beam. An electrode 3, a magnetic guide 4 disposed downstream of the extraction electrode 3 for magnetically guiding the ion beam output by the extraction electrode to remove neutral atoms, and disposed in a part of the vacuum container. As well as
A focusing means 5 for focusing a hydrogen ion beam output from the extraction electrode by applying a voltage between the extraction electrode and the extraction electrode.
【００２６】前記真空容器１は、図１に示すように中空
円筒体１０より成り、図中右端に配設した真空ポンプ１
１によって吸引され真空状態に維持されている。The vacuum container 1 comprises a hollow cylindrical body 10 as shown in FIG. 1, and the vacuum pump 1 arranged at the right end in the figure.
1 is sucked and maintained in a vacuum state.
【００２７】前記電極棒２は、図１に示すように水素の
損失防止のために側面に銅メッキが施されたパラジウム
の中実円筒の電極棒２０によって構成され、前記真空容
器１の左端において軸方向右方に突出させて配設されて
おり、パラジウムの電極棒２０の左端には連続長時間使
用する場合には電解セルより成る水素吸蔵システム２１
が配設され、パラジウムの電極棒２０に逐次水素を吸蔵
させてＨ／Ｐｄ＞０．８程度の高吸蔵水素状態に維持し
て、常に安定且つ一定の水素イオンビームを発生し得る
構成より成る。As shown in FIG. 1, the electrode rod 2 is composed of a solid cylindrical electrode rod 20 of palladium whose side faces are copper-plated to prevent loss of hydrogen, and at the left end of the vacuum container 1. It is arranged so as to project rightward in the axial direction, and the hydrogen storage system 21 comprising an electrolytic cell is provided at the left end of the palladium electrode rod 20 when it is used continuously for a long time.
Is arranged, and the palladium electrode rod 20 is allowed to sequentially occlude hydrogen to maintain a high occluded hydrogen state of H / Pd> 0.8 to generate a stable and constant hydrogen ion beam. .
【００２８】また前記電極棒２は、図１および図２に示
すように後述する前記引出電極との間に電荷が印加され
ているので、電子と逆方向の右端である突出端に向かっ
て前記電極棒２０内を水素イオンが移動して、突出端に
おいて高濃度の水素イオン領域が形成されている。Since electric charges are applied to the electrode rod 2 between the electrode rod 2 and the extraction electrode described later as shown in FIGS. 1 and 2, the electrode rod 2 faces the protruding end which is the right end in the direction opposite to the electrons. Hydrogen ions move inside the electrode rod 20, and a high-concentration hydrogen ion region is formed at the protruding end.
【００２９】前記引出電極３は、前記電極棒２より水素
イオンを引き出すとともに、水素イオンビームを集束さ
せるリング状の静電レンズ３０によって構成され、前記
真空容器１内において前記電極棒２に近接させて同軸的
に配設され、接地した前記電極棒２との間にマイナス１
０Ｋｖが印加され、前記電極棒２から水素イオンを引き
出して水素イオンビームを集束して出力し得る構成より
成る。The extraction electrode 3 is composed of a ring-shaped electrostatic lens 30 that extracts hydrogen ions from the electrode rod 2 and focuses the hydrogen ion beam. The extraction electrode 3 is placed close to the electrode rod 2 in the vacuum container 1. Minus 1 between the electrode rod 2 which is coaxially arranged and grounded.
0 Kv is applied, and hydrogen ions are extracted from the electrode rod 2 and the hydrogen ion beam can be focused and output.
【００３０】前記磁気ガイド４は、図１に示すように前
記電極棒２の突出端に対向する開口４１を有する曲げら
れた縦断面ノの字状のダクト部材４０によって構成さ
れ、前記静電レンズ３０によって引き出された水素イオ
ンビームを磁力線によるチャンネルによって集束して後
述する前記ターゲットに磁気的にガイドして、前記電極
棒２のパラジウムから同時に発生する中性の水素原子
（分子）を分離し得る構成より成るものである。As shown in FIG. 1, the magnetic guide 4 is constituted by a bent duct member 40 having a vertical cross section and having an opening 41 facing the projecting end of the electrode rod 2. The hydrogen ion beam extracted by 30 may be focused by a channel of magnetic force lines and magnetically guided to the target described later to separate neutral hydrogen atoms (molecules) simultaneously generated from the palladium of the electrode rod 2. It consists of a structure.
【００３１】前記集束手段５が、図１に示すように前記
真空容器１の右端に近い前記磁気ガイド４のダクト部材
４０の出口開口４２に対向する側壁に配設され、前記引
出電極３を構成する静電レンズ３０との間に電圧が印加
されたターゲット５０によって構成され、前記磁気ガイ
ド４によって磁気的にガイドされた前記水素イオンビー
ムを集束して取り出し得る構成より成る。As shown in FIG. 1, the focusing means 5 is disposed on the side wall of the magnetic guide 4 near the right end of the vacuum container 1 opposite to the outlet opening 42 of the duct member 40, and constitutes the extraction electrode 3. The target 50 to which a voltage is applied between the electrostatic lens 30 and the electrostatic lens 30 is used, and the hydrogen ion beam magnetically guided by the magnetic guide 4 can be focused and taken out.
【００３２】上記構成より成る本実施例の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記真空容器１の左端に配設された前
記パラジウムの電極棒２０が、電解セルより成る水素吸
蔵システム２１により逐次水素を吸蔵させてＨ／Ｐｄ＞
０．８程度の高吸蔵水素状態に維持されている。In the hydrogen ion beam generator of this embodiment having the above structure, the palladium electrode rod 20 arranged at the left end of the vacuum container 1 sequentially absorbs hydrogen by the hydrogen absorption system 21 composed of an electrolytic cell. Let H / Pd>
It is maintained in a high hydrogen storage state of about 0.8.
【００３３】しかも、前記電極棒２に電荷が作用してい
るので図１中の右端である突出端に向かって前記電極棒
２０内を水素イオンが移動して高濃度の水素イオン領域
が形成されているので、前記静電レンズ３０が前記パラ
ジウムの電極棒２０の前記突出端から前記高濃度の水素
イオンを引き出して水素イオンビームを集束して出力す
る。Moreover, since the electric charge acts on the electrode rod 2, hydrogen ions move in the electrode rod 20 toward the protruding end which is the right end in FIG. 1 to form a high concentration hydrogen ion region. Therefore, the electrostatic lens 30 extracts the high-concentration hydrogen ions from the protruding end of the palladium electrode rod 20, and focuses and outputs the hydrogen ion beam.
【００３４】さらに前記電極棒２の突出端に対向する開
口４１を有する前記磁気ガイド４が、前記静電レンズ３
０によって引き出され出力された水素イオンビームを磁
力線によるチャンネルによって集束して前記ターゲット
に磁気的にガイドし、前記ターゲット５０が、前記磁気
ガイド４によって磁気的にガイドされた前記水素イオン
ビームを集束して前記真空容器１より取り出すものであ
る。Further, the magnetic guide 4 having the opening 41 facing the projecting end of the electrode rod 2 is provided with the electrostatic lens 3
The hydrogen ion beam extracted and output by 0 is focused by a channel formed by magnetic lines of force and magnetically guided to the target, and the target 50 focuses the hydrogen ion beam magnetically guided by the magnetic guide 4. It is taken out from the vacuum container 1.
【００３５】上記作用を奏する本実施例の水素イオンビ
ーム発生装置は、前記真空容器１内に配設された前記電
極棒２に近接して配設された前記引出電極３が、水素吸
蔵能力の高い水素吸蔵材料としてのパラジウムより成る
前記電極棒２から水素イオンを引き出すものであるた
め、装置全体として例えば長さ１０ｃｍ、直径１ｃｍで
あり、上記従来装置に対して約１０分の１以下の小型に
することが出来、構造がシンプルであり、ビーム径が小
さく、安価であり、取扱が容易であり、使用場所の制約
が無く、小電力タイプであり、かつフレキシブルである
という効果を奏する。In the hydrogen ion beam generator of this embodiment having the above-mentioned operation, the extraction electrode 3 arranged in the vicinity of the electrode rod 2 arranged in the vacuum container 1 has a hydrogen storage capacity. Since hydrogen ions are extracted from the electrode rod 2 made of palladium as a high hydrogen storage material, the entire device has, for example, a length of 10 cm and a diameter of 1 cm, which is smaller than the conventional device by about 1/10 or less. The advantages are that the structure is simple, the structure is simple, the beam diameter is small, the cost is low, the handling is easy, the place of use is not restricted, the power type is small, and the structure is flexible.
【００３６】したがって、本実施例の水素イオンビーム
発生装置は、高性能イオン顕微鏡のためのイオンビーム
源とすることが可能であるとともに、重水素を用いた場
合には熱核融合プラズマの加熱のための大容量、高効率
イオンビーム源として用いることが出来るという効果を
奏するとともに、エッチング装置および切断機のような
イオンビーム加工装置、印刷装置、イオンビームを患部
に照射する治療装置その他としても利用することができ
るという効果を奏する。Therefore, the hydrogen ion beam generator of this embodiment can be used as an ion beam source for a high performance ion microscope, and when deuterium is used, it can be used for heating a thermonuclear plasma. It has the effect of being able to be used as a large-capacity, high-efficiency ion beam source for, and is also used as an ion beam processing device such as an etching device and a cutting machine, a printing device, a treatment device for irradiating an affected area with an ion beam, and the like. There is an effect that can be done.
【００３７】また本実施例の水素イオンビーム発生装置
は、前記磁気ガイド４が、前記引出電極３によって引き
出されたイオンビームを磁気的にガイドして一層効率良
く水素イオンを取り出すことが出来、且つ中性の水素原
子を除去することが出来るという効果を奏する。In the hydrogen ion beam generator of this embodiment, the magnetic guide 4 magnetically guides the ion beam extracted by the extraction electrode 3 to extract hydrogen ions more efficiently, and It has an effect that neutral hydrogen atoms can be removed.
【００３８】さらに本実施例の水素イオンビーム発生装
置は、前記集束手段５を構成する前記ターゲット５０
が、前記磁気ガイド４によって磁気的にガイドされた水
素イオンビームを集束して取り出すので、効率良く水素
イオンを取り出すことが出来るという効果を奏する。Further, in the hydrogen ion beam generator of this embodiment, the target 50 constituting the focusing means 5 is formed.
However, since the hydrogen ion beam magnetically guided by the magnetic guide 4 is focused and taken out, there is an effect that hydrogen ions can be taken out efficiently.
【００３９】また本実施例の水素イオンビーム発生装置
は、前記電極棒２がパラジウムによって構成されている
ので形状の自由度が高いため、例えばパラジウム片を用
いるとシート状のイオンビームになり、またパラジウム
棒を複数本用いると大口径の円状のイオンビームとな
り、イオンビームの形状を任意且つ容易に設定および変
更することが出来るという効果を奏する。Further, in the hydrogen ion beam generator of the present embodiment, since the electrode rod 2 is made of palladium, there is a high degree of freedom in its shape. Therefore, if a piece of palladium is used, a sheet-like ion beam is obtained. When a plurality of palladium rods are used, a circular ion beam having a large diameter is obtained, and the effect that the shape of the ion beam can be arbitrarily and easily set and changed is obtained.
【００４０】さらに本実施例の水素イオンビーム発生装
置は、前記引出電極３として前記静電レンズ３０を用い
ているのでイオンビームを集束するとともに、曲げられ
たダクト状の磁気ガイド４が前記静電レンズ３０によっ
て集束されたイオンビームを前記ターゲット５０に滑ら
かにガイドするので、図３に示す本実施例装置における
引き出し電圧およびイオンビーム電流の関係からも明ら
かなように、前記引出電極３の引き出し電圧に応じたイ
オンビームを取り出すことが出来、最も効率良く水素イ
オンビームを取り出すことが出来るという効果を奏す
る。Further, in the hydrogen ion beam generator of the present embodiment, since the electrostatic lens 30 is used as the extraction electrode 3, the ion beam is focused and the bent duct-shaped magnetic guide 4 is used for electrostatic charging. Since the ion beam focused by the lens 30 is smoothly guided to the target 50, it is clear from the relationship between the extraction voltage and the ion beam current in the apparatus of this embodiment shown in FIG. 3 that the extraction voltage of the extraction electrode 3 is obtained. It is possible to extract an ion beam according to the above, and it is possible to extract a hydrogen ion beam most efficiently.
【００４１】また本実施例の水素イオンビーム発生装置
は、前記真空容器１の左端に配設された前記パラジウム
の電極棒２０が、電解セルより成る水素吸蔵システム２
１により逐次水素を吸蔵させてＨ／Ｐｄ＞０．８程度の
高吸蔵水素状態に維持されているので、連続長時間に亘
る水素イオンビームの出力を可能にするという効果を奏
する。Further, in the hydrogen ion beam generator of the present embodiment, the palladium electrode rod 20 arranged at the left end of the vacuum container 1 is a hydrogen storage system 2 including an electrolytic cell.
1, the hydrogen is sequentially occluded to maintain the high occluded hydrogen state of H / Pd> 0.8, so that the hydrogen ion beam can be output for a continuous long time.
【００４２】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。The above-described embodiments are merely examples for the purpose of explanation, and the present invention is not limited to them. Those skilled in the art will recognize from the claims, the detailed description of the invention and the description of the drawings. Modifications and additions can be made without departing from the technical idea of the present invention.
【００４３】上述の実施例において、一例として前記集
束手段として水素イオンビームの取り出し効率を高める
観点よりターゲットを用いた例について述べたが、本発
明としてはそれに限定するものでは無く、前記真空容器
の側壁に外部への取り出し口を形成する態様も採用可能
である。In the above-mentioned embodiment, as an example, the target is used as the focusing means from the viewpoint of enhancing the extraction efficiency of the hydrogen ion beam. However, the present invention is not limited to this, and the vacuum container A mode in which a side wall is provided with an outlet port to the outside can also be adopted.
【００４４】上述の実施例において、一例として連続長
時間に亘る水素イオンビームの出力を可能にするために
電解セルより成る水素吸蔵システム２１により逐次水素
を吸蔵させてＨ／Ｐｄ＞０．８程度の高吸蔵水素状態に
維持することについてのべたが、本発明としてはそれに
限定するものでは無く、小出力で短時間の使用の繰り返
しの場合とか、イオンビーム源としてさらに小型化が要
求される場合等は、水素吸蔵システムを省略してパラジ
ウムの電極棒と引出電極だけで構成すれば初期の頃のレ
コード針のような０．１ｃｃ位の容積のバラジウムの電
極棒でも１ｍＡ出力で約３か月位は使用出来、微小スペ
ースおよびスペースの制約の有る場所での使用を可能に
して、水素イオンビームの出力レベルが低下したら電極
棒を新しいものに交換するような態様も用途によっては
採用することが出来る。In the above-mentioned embodiment, as an example, in order to enable the output of the hydrogen ion beam for a continuous long time, hydrogen is sequentially occluded by the hydrogen occluding system 21 composed of an electrolysis cell so that H / Pd> 0.8. However, the present invention is not limited to this, and in the case of repeated use at a small output for a short time, or when further miniaturization is required as an ion beam source. For example, if the hydrogen storage system is omitted and only the palladium electrode rod and the extraction electrode are used, a vanadium electrode rod with a volume of about 0.1 cc like a record needle in the early days can output 1 mA for about 3 months. Can be used, enabling use in places with very small spaces and space constraints, and when the output level of the hydrogen ion beam drops, replace the electrode rod with a new one. Manner that conversion can be employed by applications.
【００４５】上述の実施例において、一例として前記電
極棒の水素吸蔵材料としてパラジウム棒を用いた例につ
いて述べたが、本発明としてはそれに限定するものでは
無く、その他の必要量の水素を吸蔵し得るＦｅ−Ｎｉ合
金、バナジウム、Ｃａ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｕ、Ｋ、Ｔ
ｉ、Ｍｇ、Ｍｇ2 Ｎｉ、Ｍｏ2 Ｃｕ、ＴｉＣｏ、ＺｒＭ
ｎ2 、ＴｉＣｏ0.3 Ｍｎ0.3 、ＴｉＣｏ0.3 Ｆｅ0.3 、
Ｔｉ0.2 Ｖ0.3 、ＬａＣｏ3 、ＣｏＮｉ3 、ＭｍＣ
ｏ3 、ＭｍＮｉ4.5 Ｍｎ0.5 、ＭｍＮｉ4.5 Ａｌ0.3 、
ＭｍＮｉ2.3 Ｃｏ2.3 、ＦｅＴｉ、ＴｉＭｎ1.5 、Ｍｍ
Ｎｉ6 、Ｍ１Ｈ2 、ＴｉＨ2 、ＶＨ2 、ＺｒＨ2 、Ｌａ
Ｈ3 、ＬａＮｉ5 Ｈ6 、ＦｅＴｉＨ1.95、Ｍｇ2 ＮｉＨ
4 およびその他の水素吸蔵金属、水素吸蔵合金およびそ
の他の非金属材料を採用することも可能であり、吸蔵水
素状態も上述した０．８に限らず、０．２、０．３、
０．４、０．５、０．６、０．９その他の状態も採用可
能であり、形状も上記実施例において説明した棒および
針以外に必要に応じてワイヤ、円筒体、立方体、直方
体、多角柱体その他の所定の形状および矩形断面、円断
面、多角断面その他の断面形状のものを採用することが
可能である。In the above-mentioned embodiment, an example in which a palladium rod is used as the hydrogen storage material of the electrode rod has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and other necessary amount of hydrogen can be stored. Obtained Fe-Ni alloy, vanadium, Ca, La, Li, Na, U, K, T
i, Mg, Mg 2 Ni, Mo 2 Cu, TiCo, ZrM
n 2 , TiCo 0.3 Mn 0.3 , TiCo 0.3 Fe 0.3 ,
Ti 0.2 V 0.3 , LaCo 3 , CoNi 3 , MmC
o 3 , MmNi 4.5 Mn 0.5 , MmNi 4.5 Al 0.3 ,
MmNi 2.3 Co 2.3 , FeTi, TiMn 1.5 , Mm
Ni 6 , M1H 2 , TiH 2 , VH 2 , ZrH 2 , La
H 3, LaNi 5 H 6, FeTiH 1.95, Mg 2 NiH
It is also possible to adopt 4 and other hydrogen storage metals, hydrogen storage alloys and other non-metal materials, and the stored hydrogen state is not limited to 0.8 described above, but 0.2, 0.3,
0.4, 0.5, 0.6, 0.9 and other states can also be adopted, and the shape may be a wire, a cylinder, a cube, a rectangular parallelepiped, a rectangular parallelepiped, a rod, a needle, or a rod as described in the above embodiment. It is possible to employ a polygonal prism or other predetermined shape and a rectangular cross section, a circular cross section, a polygonal cross section or other cross sectional shape.
【図１】本発明の実施例装置を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施例装置の電極棒と引出電極の動作原理を
示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the operating principle of the electrode rod and the extraction electrode of the apparatus of this embodiment.
【図３】第１実施例の引き出し電圧およびイオンビーム
電流の関係を示す線図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the extraction voltage and the ion beam current of the first embodiment.
【図４】従来装置を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional device.
【符号の説明】 １ 真空容器 ２ 電極棒 ３ 引出電極 ４ 磁気ガイド ５ 集束束段 ２０ パラジウム電極棒 ２１ 水素吸蔵システム ３０ 静電レンズ ４０ ダクト部材 ４１ 開口 ４２ 出口開口 ５０ ターゲット[Explanation of reference numerals] 1 vacuum container 2 electrode rod 3 extraction electrode 4 magnetic guide 5 focusing and focusing stage 20 palladium electrode rod 21 hydrogen storage system 30 electrostatic lens 40 duct member 41 opening 42 outlet opening 50 target
Claims (6)
料より成る電極棒と、 前記真空容器内において、前記突出させて配設された電
極棒に近接して配設され、前記電極棒から水素イオンを
引出し、水素イオンビームを出力する引出電極とから成
ることを特徴とする水素イオンビーム発生装置。1. A vacuum container which is maintained in a vacuum state, an electrode rod made of a hydrogen storage material which is disposed so as to protrude from a part of the vacuum container, and the protrusion which is disposed inside the vacuum container. A hydrogen ion beam generator, which is disposed in the vicinity of the formed electrode rod, and which comprises an extraction electrode for extracting hydrogen ions from the electrode rod and outputting a hydrogen ion beam.
極との間に電圧が印加され、前記引出電極によって引き
出され出力される水素イオンビームを集束する集束手段
を付加したことをことを特徴とする水素イオンビーム発
生装置。2. The hydrogen ion beam according to claim 1, which is arranged in a part of the vacuum container, is applied with a voltage between the extraction electrode, and is extracted and output by the extraction electrode. A hydrogen ion beam generator characterized in that a focusing means for focusing is added.
引き出され出力された水素イオンビームを磁気的にガイ
ドして中性原子を除去する磁気ガイドを付加したことを
特徴とする水素イオンビーム発生装置。3. The magnetic guide according to claim 2, wherein the magnetic guide is disposed upstream of the focusing means and magnetically guides the hydrogen ion beam extracted and output by the extraction electrode to remove neutral atoms. Hydrogen ion beam generator characterized by being added.
して前記電極棒を水素吸蔵状態に維持する水素吸蔵装置
を付加したことを特徴とする水素イオンビーム発生装
置。4. The hydrogen storage device according to claim 1, wherein a hydrogen storage device for supplementing hydrogen to the hydrogen storage material forming the electrode rod to maintain the electrode rod in the hydrogen storage state is added. Hydrogen ion beam generator.
ムを集束する静電レンズによって構成されているととも
に、 前記電極棒が、側面に銅メッキが施されたパラジウムに
よって構成されていることを特徴とする水素イオンビー
ム発生装置。5. The palladium electrode according to claim 3, wherein the extraction electrode is composed of an electrostatic lens that focuses the extracted and output hydrogen ion beam, and the electrode rod is palladium whose side surface is plated with copper. A hydrogen ion beam generator characterized by being constituted by:
構成され、 前記集束手段が、前記引出電極を構成する静電レンズと
の間に電圧が印加されたターゲットによって構成され、 前記引出電極によって引き出され出力された水素イオン
ビームを集束して前記ターゲットに磁気的にガイドし得
る構成より成ることを特徴とする水素イオンビーム発生
装置。6. The target according to claim 5, wherein the magnetic guide is formed by a bent duct-shaped member, and the focusing means applies a voltage between the focusing means and an electrostatic lens that constitutes the extraction electrode. The hydrogen ion beam generator according to claim 1, wherein the hydrogen ion beam is extracted by the extraction electrode and output, and the hydrogen ion beam can be focused and magnetically guided to the target.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6045269A JPH07230783A (en) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | Hydrogen ion beam generating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6045269A JPH07230783A (en) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | Hydrogen ion beam generating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07230783A true JPH07230783A (en) | 1995-08-29 |
Family
ID=12714596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6045269A Pending JPH07230783A (en) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | Hydrogen ion beam generating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07230783A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009517846A (en) * | 2005-12-02 | 2009-04-30 | アリス コーポレーション | Ion source, system and method |
| US9012867B2 (en) | 2003-10-16 | 2015-04-21 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Ion sources, systems and methods |
| US9159527B2 (en) | 2003-10-16 | 2015-10-13 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Systems and methods for a gas field ionization source |
-
1994
- 1994-02-17 JP JP6045269A patent/JPH07230783A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9012867B2 (en) | 2003-10-16 | 2015-04-21 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Ion sources, systems and methods |
| US9159527B2 (en) | 2003-10-16 | 2015-10-13 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Systems and methods for a gas field ionization source |
| US9236225B2 (en) | 2003-10-16 | 2016-01-12 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Ion sources, systems and methods |
| JP2009517846A (en) * | 2005-12-02 | 2009-04-30 | アリス コーポレーション | Ion source, system and method |
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