JPH07501654A - 帯電粒子の加速方法および粒子加速器 - Google Patents

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】 帯電粒子の加速方法 本発明は、帯電粒子ビームの発生方法並びにこの方法を実施し、かつこの方法を 使用するための加速器に関する。

この形式の方法および加速器では、前以て決められた電荷および質量の粒子が溜 めから抽出されかつ最終的に引き続く処理プロセス用ビームとして使用できるよ うにするために、２つの異なった電位の間にある加速室に供給される。

西独国特許第３８３４４０２号明細書において、陽極出口において擬似火花放電 の磁気的に自己集束する電子ビームを、電気的に絶縁性の水晶管によって受取か つその中をある距離区間を介して輸送する方法が提案されている。この管の僅か な曲率はビーム搬送に大した（認知可能な）作用をせず、しかも標的におけるビ ームの最も有利な入射角度の決定を容易にする。この種の管の使用により、所定 の範囲において擬似火花室はアブレーション触発から保護されかつ僅力１なポン プ断面のために種々のポンプが許容される。技術的に繁雑な擬似火花室を用いる 電子ビームの発生は、ビーム強度および拡散を考慮すると限界に達している。

本発明の課題は、高い粒子ビーム強度またはこれと等価な高い電流ないし高い電 流密度および粒子ビームのシャープな集束を経済的に許容できる手段およびコス トで実現できるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１記載の方法およびそこに挙げられた特徴 的なステップ並びに請求項４の特徴部分に記載の粒子加速器によって解決される 。

方法請求項２ないし６並びに従属請求項８ないし１３は、有利な方法ステップな いし粒子加速器の有利な構成を示している。

方法において重要なことは、溜めにおける帯電粒子を高い電流強度および電流密 度で、部分的に溜め壁を形成する電極において始まる誘電体管室に吸引しかつそ こで２つの電極間の電位差を介して加速することである。その場合粒子が標的空 間に入射した際にこれら粒子はそのプロセスエネルギーに達する。ビーム整形の ためにさらに、残圧ｐを有する残留ガスを誘電体管室において粒子流によってイ オン化しかつ電気的に分極することが重要である。内側の管壁におけるおよび管 壁に沿った電荷雲は、粒子流に反発する作用をする。

空間電荷補償および粒子ビームの静電集束が行われる。

この過程は、残留ガス圧ｐと管の内径ｄとから成る積が、電極間に外部から印加 される加速電圧が残留ガスにおける寄生放電にも拘らず実質的に粒子ビーム加速 に対して維持される程度に低いところにあるとき、良好に実行される。

請求項２ないし５には、ビーム偏向または変更されたビーム断面実現しようとす る付加的なステップが示されている。さらに、所期のビーム加速ステップが示さ れている。

すなわち、背室の領域における届所的に制限された磁界によって、ビーム偏向作 用が生じる。誘電体管室の断面変化によって、粒子ビームの断面が影響を受ける 。

粒子ビームのプロセスエネルギーないしそのビーム強度の調整設定のために、加 速区間を、２つの外側の電極間の抵抗または誘導結合された補助電極を介して短 縮すると有利である。さらに、２つの主電極間の抵抗結合された補助電極による 電位制御を介して、粒子ビームに対する加速区間が所定のように分割される。

本発明の方法を実施するために、請求項６記載の粒子加速器が適している。帯電 粒子を溜めから大きな流れで引き出すことができるようにするために、一方の電 極は部分的に溜め壁を形成する。この溜め壁において誘電体管室、複数の多くの 背室を設けた方が有利であれば別の誘電体管室が始まる。対向電極は、溜めの外 部に存在している。この対向電極に、誘電体管室の延在部分が配向されている。

最適な幾何学形状として、背室の長さを少なくとも、背室の内径の３倍の大きさ にするとよいことが実験によりわかっている。汚染の際の軸線方向の電気的な絶 縁を行うために、背室は有利には、一部または全体が、整列配置されている、誘 電体管セグメントの系列によって形成されている。セグメントは、相互に半径方 向に成形されたスリットを形成する。これにより、表面電流が阻止される。

スリット成形は有利には、管軸線から半径方向に出るビームないし粒子が半径方 向のスリット端部に達っしないか、またはいずれにせよ大幅に迂回してしか達し ないように行われている。

粒子ビーム整形を改良するために、対向電極に対する端部領域において、背室に 双方向においてガスを流し込むことができる、電気的に十分絶縁されたガス供給 部が取り付けられている。

粒子ビームの品質は、一方において実質的に次のような構造手段を取れば著しく 改良される。すなわち、擬似火花区間に電極および絶縁体を積み重ね式構成の代 わりに、誘電体材料によって形成される背室、以下に説明する実施例では、１つ の水晶管ないし複数の比較的短い水晶管を整列配設する。他方において、水晶管 配置における帯電粒子流を独立的に構成するようにすれば、ビーム品質は向上す る。

実施例は図面に示されておりかつ以下に詳細に説明する。個々には、 第１図は、粒子ビームに対する加速および搬送区間の略示図であり、 第１ａ図は、電子が粒子ビームを形成するとき、軸線において正の空間電荷を有 しかっ管壁に負の空間電荷が形成されている誘電体管の断面図であり、第２図は 、付加的な磁気的ビーム集束が行われる排気鐘における湾曲された加速および輸 送区間を示す略示図であり、 第３図ａは、加速および輸送区間における誘電体管を補助電極によって分割する 実施例の略示図であり、第３図すは、電極間において補助電極により電位制御を 行う実施例の略示図であり、 第４図ａは、管セグメント間の基本的な半径方向の背室拡張の１例を示す概略図 であり、 第４図すは、構造的に簡単な管拡張の例を示す概略図であり、 第４図Ｃは、構造的に繁雑な管拡張の例を示す概略図第５図は、電気的に切り離 されているポンプ装置を有する背室の概略図であり、 第６図は、電気的に高いところにある粒子溜め、粒子発生および背室への吸出し の簡単な例を示す概略図であり、 第７図は、パルス化光源を使用する例の概略図である一層正確な研究の結果、水 晶管を離れる電子ビームは、２つの成分、すなわち擬似火花室におけるガス放電 から成る成分と水晶管における自立ビーム整形に由来する成分とから成ることが わかっている。

まず、擬似火花室からの電子ビームが、誘電体管の端部が中間電極上に載着され ているときにのみ確実に誘電体管内に入力結合し、その際このことは、誘電体管 が陰極側に帯電されていればいる程、すなわちそれが擬似火花室内に深く挿入さ れればされる程、ますます良好である。

電圧検出ヘッドを用いた測定により、これらの場合、擬似火花放電からの電子が 、誘電体管が載着されている中間電極を１００ｎｓ以上に強く負（陰極電位まで ）に帯電しかつそれから誘電体管の陰極側の端部が擬似火花室の通路におけるプ ラズマから電子を吸引しかつ（誘電体管を離脱した後の）到達距離において、平 行性および効率において擬似火花電子ビームより優れている電子ビームが形成さ れる。擬似火花室の通路におけるプラズマが、電子に対するソースおよび溜めと して用いられる。

したがって、本発明によれば装置（第１図）において、高速変化する中空陰極お よびその中に突出している誘電体管５のプラズマ１から成る磁気的に自己集束さ れた電子ビーム７を発生することができる。誘電体管５の他方の端部は、陰極電 極２から絶縁されて、排気鐘８内に自由に突出している（図２参照）。この端部 から、比較的低い電圧（１０ｋＶ）およびパルス電力（５ＭＷ）において、第２ 図において物質雲３３によって示されているように、６ｃｍの自由飛程（行）距 離の後でもなおアブレーション効果を呈する、１００ｎｓの時間的な半値幅を有 するシャープに集束された電子ビーム７が生じる。

上述の装置において、陽極３は下位の役割しか果たしていない。陽極を省略する こともできる。その場合陽極３の課題は、金属性の排気鐘８が引き受ける。両者 共、負の過剰電荷を収集しかつそれらから、コンデンサに対する逆方向流を形成 する。

高い電流密度、例えば電子に対する１　０　’　Ａ　／　ｃｒａ”の粒子流７を 発生するために、外部の静電または磁気集束では十分でない。空間電荷を低減す るために、誘電体管室５は圧力ｐを有する残留ガスを含んでいなければならない 。粒子流７は残留ガスをイオン化しかつ分極し、その結果背室５の壁は粒子ビー ムに対して反発的に帯電されかつ軸部は吸引的に帯電される（このために第１図 ａを参照）。管５の内壁での負の空間電荷３８の分布によって、電子ビームの場 合、軸部１２における空間電荷反発が低減される（第１ａ図）。同時に、管５か ら外部電界によって壁における負の電荷雲３８が吸収され、これによりガスから 形成された電荷キャリア（担体）が正の過剰電荷３９を形成する。この正の過剰 電荷３９が、ビーム７によってもたらされる負の空間電荷を低減する。

電子ビーム７のプロフィールは中空シリンダに類似している。それは、加速過程 の期間に依然として残る空間電荷反発を示唆するものである。ビーム７は背室５ を離れると安定状態にとどまりかつ１５ｃｍの距離区間に沿ってほんの僅かしか 拡大されない。しかし排気鐘８における残留圧は０．２Ｐａ　（酸素）でなけれ ばならない。ビーム７のプロフィールは、開いた加速構造においてはビーム７を 離脱することとなる電子も一緒に保持しかつ一緒に加速するという、背室５の能 力を示唆するものである。それは、管空間５における粒子の加速の申し分ない作 用効果を示すものである。しかし電子損失を回避するために、誘電体管５ないし その第１セクシヨンはその内径の少なくとも３倍の長さでなければならない。

電子ビームを発生するための使用例において、管５の電圧降下は、誘電体管の直 径ｄが３ｍａ＋であって、２０ｋＶの電圧が印加されていている場合に約４Ｐａ において生じる。実用例における有利な動作圧力範囲は、はぼ０．ＩＰａと１． ５Ｐａとの間にある。充填ガスとして酸素が採用された。しかしいずれのガヌも 残留ガスと見做すことができる。

Ｘ線制動ビームおよび磁界分光法を用いた電子のエネルギー分布の診断により、 上述の有利な圧力範囲において誘電体管５における集合的な効果により電子のエ ネルギー分布が一定に維持されることがわかった。

外部から２０ｋＶの電圧を印加した場合、７０ｎｓｅｅの時間間隔にわたって、 ６ｋＡまでの値を有する、管内の全電流の振動に無関係に、１１および１２ｋｅ Ｖの平均エネルギーが測定される。

誘電体管５に、オーミック抵抗または誘導抵抗１゜を介して陽極３に接続されて いる補助陽極９を組み入れたとき（第３図ａ）、抽出された電子流が増大するこ とがわかっている。抵抗１ｏは、僅かな電流強度（１０＋ａＡ　−１ＯＡ）から 、陽極電位が補助陽極９によってドリフト除去されかっこの電位が全体のｌＩ！ ｔｔ体管５に加わるように選定されている。この措置は基本的に、殊に、誘電体 管５が非常に長い（例えば１００ｃｍ）および／または湾曲されているとき、お よび／または電流密度を低減するかまたは高めるために、誘電体管５に沿ってｌ ｌｒ面が変化するとき、有利である。

第３図ａにおける溜め１から補助電極９までの区間はチャネル加速器１１と称せ られかつ粒子ビーム７の整形はチャネル火花と称される。補助電極９から誘電体 管５の陽極側の端部までの区間は、ビーム導体と称される。

加速管５の内壁２３の電気的な絶縁能力は、汚染によって妨害される。これによ りチャネル火花の作動に障害が生じる。溜めｌがらの粒子流が増大するとき、誘 電体管５の内壁２３の吸着個所での２次放電の発生も回避され得ない。誘電体管 ５の内壁における放電により、外部磁界が遮蔽されて、溜め１からの粒子流７の 、軸部１２への集束が妨げられる。第４図には、連続する壁流を抑圧するために 、それぞれ、誘電体１８゜１９．２０に結合された、管５のセグメント化された 装置構成に対する３つの実施例ａ）、ｂ）およびＣ）が示されており、その際ｍ ｉ体は内側の半径方向のスリット１８ないし位相幾何学的に任意のスリット１９ ゜２０を有しており、それらは、場合によって内側の表面流２３に障害がある場 合にそれが別の誘電体管セグメントによって遮断されるように作用する。これら スリットは、スリットの背室における蒸気がそれ以上侵入しないようにする少な くとも１つのシンク２２等を有することができる。すなわち、セグメントの相互 隔離が保証され、このためにチャネル火花の確実な作動が行われる。

第１図における電子溜め１として、高速変化する中空陰極に代わって、パルス化 された表面放電またはレーザプラズマを使用することもできる。しかし陽極空間 における流れの強いビームの輸送のために、オーダ０．２Ｐａにある極めて小さ な圧力を調整設定しなければならない。

溜め室ｌが電位的に高いところにある場合、トリガプラズマ２９は、溜め室１に おける加速器管１１とほぼ同じ内径および同じ長さを有する誘電体管３０を介し てガイドされかつしたがって作動を開始することができる。誘を体管の他方の端 部は、トリガソース３１とともに、場合により生じた副次的（サイド）放電がト リガソース３１を破壊することがないように選定されている抵抗３２を介してア ースされている（第６図参照）。

溜め１と、対向電極３が存在している標的室８との間の圧力差は、作動ポンプに よって容品に実現することができる。その理由は、誘電体管５のポンプ抵抗は、 内径に対しては４乗の関係性を以て、また長さに対しては線形な関係で増大する からである。

全体の誘電体管系の、汚染からの信頼できる防護は、誘電体管５の、対向電極３ ．８の方の側の端部において、管５にガス供給部２４を取り付けるとき、保証さ れており、その結果ガスは、溜め１の方向にも、対向電極３が存在している排気 鐘８の方向にも流れ込むことができる（第５図ン。管端部とガス源２６との開の ガス供給ホース２５において、誘電体管５とガス源２６との間の寄生のガス放電 を回避するために、別の誘電体管２７を挿入しなければならず、この管は、最高 で１／２ｄの内径を有しかつ両側において端面が金属化されるかないし電極２８ を備えており、その際ガス源２６の方の側の電極２８がアースされておりかつ他 方の電極は自由に浮動している。

イオンの加速のために、溜め１の電位は陽極電位にある。電子の遮蔽作用および イオンの僅かな運動性のため、溜め１におけるプラズマの密度は誘電体管５の入 口において高くなるはずである。イオンをプラズマから誘電体管５に効果的に抽 出するために、加速区間（第３図すの第１の補助電極まで）は短くかつチャイル ド・ラングミュア法則のために電圧は高く選択しなければならない。補助電極は 電流を担い始める。補助電極１３を陰極に接続するオーミックまたは誘導抵抗１ １は、第１の補助電極１３を陽極電位にドリフトさせる。それから、続いている 第２の補助電極１３が、電界を形成する課題を引受けかつこのことが電流負荷に よって減勢されると、次の電極に移る（第３図すに示されているように以下順次 続く）。イオンの帯電切換に対する作用断面を低く抑えるために、残留圧力は出 来るだけ小さくなければならない。この圧力は実用例では約０．１Ｐａであった 。

イオンを加速するこの形式は次の２つの利点を有する：第１に、補助電極１３は 線形加速器のように作用する。第２に、イオンビームは良好な平行特性をもって 誘電体管５を離れる。

チャネル火花は最初、それを用いて、プロセスエネルギーを安定しているないし 差動ボンピングされるガス、ガス混合気およびガスとエールゾルとから成る混合 気中に供給することができる流れの大きな指向性電子およびイオンビームに対す る簡単かつコストの面で有利なソースである。例えば、誘電体管５における差動 ポンプによって、ガス標的を形成することができ、そこにおいて電子ビームは、 ガス中の制動および特徴的なビームの発生下で制動される。未知の組成物のエー ルゾルは連続的に、誘電体管を通してガイドし、電子ビームによって完全にイオ ン化しかつ特徴的なビームに基づいて決定することができる。

粒子ビームを用いて、物質を照射し、除去しかつ加工することができる（第２図 参照）。電子の場合の除去プロセスはアブレーションであり、イオンの場合ホッ トなプロセスを含む噴霧である。

スパッタリングされ、アブレーションされかつ蒸発された物質３３は主に、標的 １４の標的法線において除去されかつ、粒子ビームの出力密度に応じて大体整理 されて、部分的にはなお励起されておりかつ過剰電荷を担持しているそれぞれの 大きさのイオン、原子、分子、クラスターおよびエールゾールから成っている粒 子ビームによってスパッタリングされ、アブレーションされかつ蒸発された標的 物質は、ティラーリング方法（それぞれの原子層は異なっている）に従って基板 上に層を形成するために、（そうでない場合には使用可能でない物質量の）ｒ！ に予混合としておよび高張力ファイバ等上の合成物質として使用することができ る。

基板上の層は、粒子および／または電磁波を用いてそのガス状の化学化合物から 遊離される原子物質によっても形成することができる。

チャネル火花から成る流れの大きな電子／イオンビームは、高い輝度および流れ 強度を有する粒子源を形成しかつ中および高エネルギー加速器における差動ボン ピング区間を経て生起することができる。

粒子ビームの標的での衝突の際に形成されるプラズマは、１１磁ビーム（光、Ｕ Ｖ、ＶＵＶ、軟Ｘ線）に対する豊富な、パルス化されたソースである。

非常に集中的にパルス化される光源３７は、粒子ビームを用いた光導波体３５の 端面の衝撃によって得られる（第７図参照）。その際非常にホットなプラズマ３ ６が先導波体物質から発生され、その放射された光はそのスペクトル組成および 発生個所での電力密度のために、高い効率で光導波体に入力結合される。

電子ビームの発生と時間的に一致して、誘電体管にプラズマが形成され、電子ビ ームの、プラズマとの相互作用からマイクロ波が発生され、これらは減衰されず かつ障害を受けずに、誘電体管を透過しかつ外に向かって進行する。

誘電体管の陰極入口に、非常にホットなプラズマの帯域が形成される。チャネル 火花を後続のＺピンチに対する前プロセスとして利用するとき、この領域を比較 的長い時間の間磁気的に圧縮しかつオーミックプロセスによって加熱することが できる。このようにして、僅か１５Ｊの１次エネルギーによって１μｓにわたっ てプラズマをＴ、＝２００ｅＶの温度に保持することができる。それから比較的 高い核電荷数の原子を用いた所望の封じ込めによって、光、ＵＶ、ＶＵＶおよび ２ｋｅＶのエネルギーまでの軟Ｘ線に対する簡単なプラズマ源を使用することが できる。残留ガスから形成されるプラズマの僅かな線密度のために、ビームの線 拡張は同様に僅かである。１０ｅＶと２ｋｅＶとの間で放出されるビームに対す る効率は１０％であり、７００ｅＶと２ｋｅＶとの間で放出されるビームに対す る効率はプロミリ以下である。

チャネル放電の電子ビームは、比較的低い加速電圧（５−１０ｋＶ）における下 側のｋＡ領領域ある高い電流によって特徴付けられておりかつ申し分なく集束さ れた電子ビームの標的での衝突後のパルス化された軟制動ビームの形成に適して いる。この制動ビームを用いて、マイクロメータ領域における生体構造を陰影に よってイメージングすることができる。

加速器セクション１１では１００ｋＸを越える電圧差まで保持することができる ので、チャネル放電は高電圧に対する自走およびトリガ可能なスイッチとして適 している。比較的低い電圧に対しては、チャネル放電は、１０　ｋ　Ｈｚまでの 繰り返し周波数を有するパルス発生機としても使用することができる。

寸 手続補正書（自発） 等価な高い電流ないし高い電流密度および粒子ビームのシャープな集束を経済的 に許容できる手段およびコストで実現できるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１記載の方法およびそこに挙げられた特徴 的なステップ並びに請求項４の特徴部分に記載の粒子加速器によって解決される 。

方法請求項２および３並びに従属請求項５ないし１１は、有利な方法ステップな いし粒子加速器の有利な構成を示している。

方法において重要なことは、溜めにおける帯電粒子を高い電流強度および電流密 度で、部分的に溜め壁を形成する電極において始まる誘電体管室に吸引しかつそ こで２つの電極間の電位差を介して加速することである。その場合粒子が標的空 間に入射した際にこれら粒子はそのプロセスエネルギーに達する。ビーム整形の ためにさらに、残圧ｐを有する残留ガスを誘電体管室において粒子流によってイ オン化しかつ電気的に分極することが重要である。内側の管壁におけるおよび管 壁に沿った電荷雲は、粒子流に反発する作用をする。

空間電荷補償および粒子ビームの静電集束が行われる。

この過程は、残留ガス圧ｐと管の内径ｄとから成る積が、電極間に外部から印加 される加速電圧が残留ガスにおける寄生放電にも拘らず実質的に粒子ビーム加速 に対して維持される程度に低いところにあるとき、良好に実行される。

従属請求項２ないし３には付加的に、所期のビーム加速のためのステップが記載 されている。

粒子ビームのプロセスエネルギーないしそのビーム強度の調整設定のために、加 速区間を、２つの外側の電極間の抵抗または誘導結合された補助電極を介して短 縮すると有利である。さらに、２つの主電極間の抵抗結合された補助電極による 電位制御を介して、粒子ビームに対する加速区間が所定のように分割される。

本発明の方法を実施するために、請求項４記載の粒子加速器が適している。帯電 粒子を溜めから大きな流れで引き出すことができるようにするために、一方の電 極は部分的に溜め壁を形成する。この溜め壁において誘電体管室、複数の多くの 背室を設けた方が有利であれば別の誘電体管室が始まる。対向電極は、溜めの外 部に存在している。この対向電極に、誘電体管室の延在部分が配向されている。

最適な幾何学形状として、背室の長さを少なくとも、背室の内径の３倍の大きさ にするとよいことが実験に請　求　の　範　囲 １、高い粒子密度のパルス化されるプラズマ溜めから２つの電極に印加される電 圧を用いて帯電粒子を加速する方法であって、前記電圧によって前記帯電された 粒子を高い電流強度で前記溜め壁に始まる誘電体管室（５）にて吸引しかつその 後プロセスエネルギーとして可屈にするために、前記第２の電極（３）の方向に おいて加速し、ここにおいて空間電荷低減および静電集束のために、残圧ｐを有 する前記誘電体管室（５）における残留ガスを前記粒子流（７）によってイオン 化しかつ電気的に分極して、前記背室（５）の内壁が前記粒子流（７）に対して 反発するように帯電されかつ軸部（１２）が引き合うように帯電されるようにす る方法において、空間電荷を補償するために、ガス圧ｐを、下限で０゜１Ｐａま で、出来るだけ小さく選択して、前記ビーム（７）がガスのイオン化によって十 分な電荷キャリアを形成し、該キャリアが分極を介して固有の運ばれた空間電荷 を中性化するようにし、かつ前記残留ガスにおける寄生ガス放電を抑圧するため に、前記誘電体管（５）の直径ｄを、積ｐ＊ｄが独立的ガス放電に対する電圧消 失より大幅に下方にあるように選定する ことを特徴とする方法。

２、前記背室（５）における加速区間を、抵抗（１０）またはインダクタンス（ １０）を介して前記電極（３）に接続されていて、前記背室（５）の周りに取り 付けられている補助電極（９）によって短縮する 請求項１記載の方法。

３、電極（２，３）間の電位段階を分圧器（６）を介して調整設定し、該分圧器 の中間分岐に、前記背室（５）の周りに存在する補助電極を接続した請求項１記 載の方法。

４、帯電粒子を供給するパルス化されるソースと、前記帯電粒子がチャージされ る溜めと、加速装置とから成る、請求項１記載の方法を実施するための粒子加速 器において、 一方の電極（２）が前記溜め（１）を部分的にともに形成しかつ他方の電極（３ ）が外部に存在する２つの電極（２，３）の間に、少なくとも１つの誘電体管室 （５）が配置されており、該誘電体管室の開口は前記一方の電極（２）において 始まりかつ前記他方の電極（３）に配向されておりかつ前記誘電体管室において 、粒子加速が空間電荷低減されて行われかつ粒子ビーム（７）が静電集束され、 前記一方の電極（２）で始まる誘電体管室（５）は少なくとも該管の内径の３倍 の長さを有しており、汚染の際の軸線方向の電気的な絶縁を維持するために、前 記誘電体管室（５）は、前記２つの電極（２，３）の間で、部分的にまたは全体 が、アラインメント（整列）配置されている、誘電体管セグメント（１６）の系 によって構成されており、前記管セグメントは内側が半径方向に（ないし位相幾 何学的に任意に）スリットを入れられている誘電体部分（１８，１９，２０）を アラインメント（整列）している内部孔にそれぞれ連結（接続）して、前記管セ グメント（１６）間を内部表面電流（２１）が流れ得ないようにした ことを特徴とする粒子加速器。

５゜前記誘電体部分（１８，１９，２０）の前記半径方向ないし位相幾何学的に 任意のスリットは付加的にシンク部（２２）を有し、その結果シンク部に続く背 室が汚染および表面伝導状態に対して保護されるようにした 請求項４記載の粒子加速器。

６、前記対向電極（３，８）の方を向いた前記誘電体管（５）の端部にガス供給 部（２４）を設けて、溜め（１）の方向においても、前記対向電極が（３゜８） が存在している排気鐘（８）にもガスが流入することができるようにした 請求項４および５記載の粒子加速器。

７、前記管端部（２４）とガス源（２６）との間のガス供給ホース（２５）に、 前記ガス源（２６）に対する寄生ガス放電を回避するために、誘電体管（２７） が挿入されており、該誘電体管は、最高で１／２ｄの内径を有しておりかつ両側 において端面が金属化されるかないし電極（２８）を備えており、ここにおいて 前記ガス源（２６）の方の側の電極（２８）はアースされておりかつ他方の電極 は自由に浮動している 請求項４から６までのいずれか１項記載の粒子加速器。

８、前記溜め（１）はパルス化される固体プラズマである 請求項４記載の粒子加速器。

９、前記ソースはパルス化された中空陰極でありかつ前記溜め（１）は中空陰極 プラズマである請求項４記載の粒子加速器。

１０、を位的に高いところにある溜め室（１）の場合、トリガプラズマ（２９） または低いエネルギーの粒子流が前記加速器管とほぼ同じ内径および同じ長さを 有する誘電体管室（３０）を通って前記溜め室（１）にガイドされる 請求項４記載の粒子加速器。

１１、前記トリガプラズマ（２９）または低いエネルギーの粒子流を前記溜め室 に搬送する前記誘電体管（５）は他方の端部において抵抗（３２）を介してアー スされており、その結果前記トリガ源（３１）に対する副次的放電が破壊を惹き 起こすことがないようにした 請求項１０記載の粒子加速器。

フロントページの続き （７２）発明者　シュヴアル、　マルクスドイツ連邦共和国　７５１４　エツゲ ンシュタインーレオポルッハーフェン　メーリヶシュトラーセ　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高い粒子密度のパルス化されるプラズマ溜めから２つの電極に印加される電 圧を用いて帯電粒子を加速する方法であって、前記電圧によって前記帯電された 粒子を高い電流強度で前記溜め壁に始まる誘電体管室（５）にて吸引しかっその 後プロセスエネルギーとして可用にするために、前記第２の電極（３）の方向に おいて加速し、ここにおいて空間電荷低減および静電集束のために、残圧ｐを有 する前記誘電体管室（５）における残留ガスを前記粒子流（７）によってイオン 化しかつ電気的に分極して、前記管室（５）の内壁が前記粒子流（７）に対して 反発するように帯電されかつ軸部（１２）が引き合うように帯電されるようにす る方法において、 前記残圧ｐと前記管室（５）の内径ｄとの積を、外部から印加される加速電圧が 前記残留ガス内の寄生放電にも拘らず実質的に前記粒子ビーム（７）の加速のた めに維持される程度に低く調整設定することを特徴とする方法。 ２．局所的に制限されかつ前以て決められた位置において、前記管室（５）にお ける前記粒子ビーム（７）に作用する磁界によって、ビーム（７）の前以て決め られた偏向が行なわれるようにする 請求項１記載の方法。 ３．前記管室（５）の断面変化を介して、射出粒子ビーム（７）の電流密度を変 化する 請求項１記載の方法。 ４．前記管室（５）における加速区間を、抵抗（１０）またはインダクタンス（ １０）を介して前記電極（３）に接続されていて、前記管室（５）の周りに取り 付けられている補助電極（９）によって短縮する請求項２および３記載の方法。 ５．電極（２，３）間の電位段階を分圧器（６）を介して調整設定し、該分圧器 の中間分岐に、前記管室（５）の周りに存在する補助電極を接続した請求項４記 載の方法。 ６．帯電粒子を供給するパルス化されるソースと、前記帯電粒子のチャージされ る溜めと、加速装置とから成る、請求項１記載の方法を実施するための粒子加速 器において、 一方の電極（２）が前記溜め（１）を部分的にともに形成しかつ他方の電極（３ ）が外部に存在する２つの電極（２，３）の間に、少なくとも１つの誘電体管室 （５）が配置されており、該誘電体管室の開口は前記一方の電極（２）において 始まりかつ前記他方の電極（３）に配向されておりかっ前記誘電体管室において 、粒子加速が空間電荷低減されて行われかつ粒子ビーム（７）が静電集束され、 前記一方の電極（２）で始まる誘電体管室（５）は少なくとも該管の内径の３倍 の長さを有しており、汚染の際の軸線方向の電気的な絶縁を実現するために、前 記誘電体管室（５）は、前記２つの電極（２、３）の間で、部分的にまたは全体 が、整列配置されている、誘電体管セグメント（１６）の系列によって構成され ており、前部管セグメントは内側が半径方向に（ないし位相幾何学的に任意に） スリットを入れられている誘電体部分（１８，１９，２０）を整列している内部 孔にそれぞれ接続して、前記管セグメント（１６）間を内部表面電流（２１）が 流れることができないようにした ことを特徴とする粒子加速器。 ７．前記誘電体部分（１８，１９，２０）の前記半径方向ないし位相幾何学的に 任意のスリットは付加的にシンク部（２２）を有し、その結果シンク部に続く背 室が汚染および表面伝導から保護されるようにした請求項６記載の粒子加速器。 ８．前記対向電極（３，８）の方を向いた前記誘電体管（５）の端部にガス供給 部（２４）を設けて、溜め（１）の方向においても、前記対向電極が（３，８） が存在している排気鐘（８）にもガスが流入することができるようにした 請求項６および７記載の粒子加速器。 ９．前記管端部（２４）とガス源（２６）との間のガス供給ホース（２５）に、 前記ガス源（２６）に対する寄生ガス放電を回避するために、誘電体管（２７） が挿入されており、該誘電体管は、長高で１／２ｄの内径を有しておりかつ両側 において端面が金属化されるかないし電極（２８）を備えており、ここにおいて 前記ガス源（２６）の方の側の電極（２８）はアースされておりかつ他方の電極 は自由に浮動している請求項６から８までのいずれか１項記載の粒子加速器。 １０．前記溜め（１）はパルス化される固体プラズマである 請求項６記載の粒子加速器。 １１．前記ソースはパルス化された中空陰極でありかつ前記溜め（１）は中空陰 極プラズマである請求項６記載の粒子加速器。 １２．電位的に高いところにある溜め室（１）の場合、トリガプラズマ（２９） または低いエネルギーの粒子流が前記加速器管とほぼ同じ内径および同じ長さを 有する誘電体管室（３０）を通って前記溜め室（１）にガイドされる 請求項６記載の粒子加速器。 １３．前記トリガプラズマ（２９）または低いエネルギーの粒子流を前記溜め室 に輸送する前記誘電体管（５）は他方の端部において抵抗（３２）を介してアー スされており、その結果前記トリガ源（３１）に対する２次放電が破壊を惹き起 こすことがないようにした 請求項１２記載の粒子加速器。