JPH0766765B2 - Duopigatron type ion source - Google Patents

Duopigatron type ion source

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JPH0766765B2
JPH0766765B2 JP3002054A JP205491A JPH0766765B2 JP H0766765 B2 JPH0766765 B2 JP H0766765B2 JP 3002054 A JP3002054 A JP 3002054A JP 205491 A JP205491 A JP 205491A JP H0766765 B2 JPH0766765 B2 JP H0766765B2
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JP
Japan
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anode
orifice
electrode
plasma
ion source
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芳夫 高見
信治 長町
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Shimadzu Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 本発明はデュオピガトロン型イ
オン源に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a duopigatron type ion source.

【0002】[0002]

【従来の技術】 デュオピガトロン型イオン源は、イオ
ン発生室に配設されたカソード(熱フィラメント)と、
このカソードに対向して配設されたアノードと、その両
者間に配設された中間電極と、アノードの下流側に配設
された反射電極と、各電極に形成されたオリフィスの中
心軸に沿う方向に磁界を形成する磁石などを備えてお
り、熱フィラメントから発生した電子を中間電極と反射
電極との間で数回往復させるPIG構造と、デュオプラ
ズマトロン構造とを組み合わせた構造となっている。そ
して、カソードと反射電極間においてプラズマを生成
し、そのプラズマに電界をかけることによって反射電極
の下流側にイオンビームを出射するよう構成されてい
る。
2. Description of the Related Art A duopigatron type ion source comprises a cathode (hot filament) arranged in an ion generating chamber,
An anode arranged to face the cathode, an intermediate electrode arranged between the two, a reflection electrode arranged on the downstream side of the anode, and a central axis of an orifice formed in each electrode. It has a magnet for forming a magnetic field in a certain direction, and has a structure combining a duoplasmatron structure with a PIG structure that causes electrons generated from a hot filament to reciprocate several times between an intermediate electrode and a reflective electrode. . Then, plasma is generated between the cathode and the reflection electrode, and an electric field is applied to the plasma to emit an ion beam to the downstream side of the reflection electrode.

【0003】以上の構造のデュオピガトロン型イオン源
は、高密度のプラズマを得ることができることから、多
価イオンを生成するイオン源に適している。
The duopigatron type ion source having the above structure is suitable as an ion source for producing multiply charged ions because it can obtain high density plasma.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 ところで、従来のデ
ュオピガトロン型イオン源によると、高密度のプラズマ
を生成できるわけであるが、高密度プラズマに電界をか
けてもビームをそのまま引き出すことは難しい。すなわ
ち、プラズマが高密度であると、反射電極のオリフィス
から滲み出すプラズマのシース面の形状は、引き出し側
に凸の形状となってしまい、このような状態になると、
電界をかけてもビームは発散しやすいため、大電流のイ
オンビームを効率よく引き出すことができない。
By the way, according to the conventional duopigatron type ion source, it is possible to generate high density plasma, but it is difficult to extract the beam as it is even if an electric field is applied to the high density plasma. . That is, when the plasma has a high density, the shape of the sheath surface of the plasma that oozes out from the orifice of the reflective electrode becomes a convex shape on the extraction side, and in such a state,
Since the beam easily diverges even when an electric field is applied, it is not possible to efficiently extract a large current ion beam.

【0005】そこで、従来では、反射電極の下流側にプ
ラズマ拡張カップ等を設けてプラズマの拡散断面積を広
げ、プラズマの密度を低くすることで、プラズマのシー
ス面の形状を引き出し方向と逆向きに凸とする方法が採
られている。ところが、この方法においては、大電流の
イオンビームを得ることはできるものの、プラズマの拡
張断面積が拡張カップにおいて広くなるため、イオンビ
ームの質を決定する量の一つであるエミッタンスが大き
くなってしまうという問題があった。
Therefore, conventionally, a plasma expansion cup or the like is provided on the downstream side of the reflection electrode to widen the diffusion cross-sectional area of the plasma and reduce the density of the plasma, so that the shape of the sheath surface of the plasma is opposite to the drawing direction. The method of making it convex is adopted. However, in this method, although it is possible to obtain a high-current ion beam, the expanded cross-sectional area of the plasma becomes wider in the expansion cup, so that the emittance, which is one of the quantities that determines the quality of the ion beam, increases. There was a problem of being lost.

【0006】本発明は、上記の従来の問題点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、大電流でかつ
小エミッタンスの多価イオンビームを出射できるイオン
源を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object thereof is to provide an ion source capable of emitting a multiply charged ion beam with a large current and a small emittance. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ために、本発明においては、実施例図面に対応する図1
に示すように、反射電極4のオリフィス4aを、その周
縁部からアノード2側に突出する円筒状の壁体4bによ
って、その軸方向Zの長さをアノード2に向けて延長し
ている。
In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, FIG.
As shown in, the length of the orifice 4a of the reflective electrode 4 in the axial direction Z is extended toward the anode 2 by a cylindrical wall body 4b protruding from the peripheral portion toward the anode 2 side.

【0008】[0008]

【作用】 反射電極4のオリフィス4aの軸Z方向の長
さをアノード2側に向けて延長することで、高密度のプ
ラズマから大電流のビームを直接に引き出すことが可能
となった。これは、磁場でピンチされた高密度プラズマ
のうち、中心軸Zの近傍の方向性が揃ったプラズマのみ
がオリフィス4aから下流側(高真空側)に滲み出し、
その滲み出したプラズマのシース面がビーム引き出し方
向と逆向きに凸の形状となるためと推察される。
By extending the length of the orifice 4a of the reflective electrode 4 in the axis Z direction toward the anode 2 side, it becomes possible to directly extract a high-current beam from the high-density plasma. This is because, of the high-density plasma pinched by the magnetic field, only the plasma with uniform directionality near the central axis Z exudes from the orifice 4a to the downstream side (high vacuum side),
It is inferred that the sheath surface of the exuded plasma has a convex shape in the direction opposite to the beam extraction direction.

【0009】[0009]

【実施例】 図1は本発明実施例の構成図である。電子
を発生する熱フィラメント1aからなるカソード1に対
向してアノード2が配設されている。また、カソード1
とアノード2との間の所定位置に中間電極3が配設され
ている。さらに、アノード2の下流側には、そのアノー
ド2と対向して反射電極4が配設されている。中間電極
3は、電源7,8および抵抗R3 ,R2 によって、電気
的にもカソード1とアノード2の中間位置に置かれる。
Embodiment FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention. An anode 2 is arranged so as to face a cathode 1 composed of a hot filament 1a that generates electrons. Also, cathode 1
The intermediate electrode 3 is disposed at a predetermined position between the anode 2 and the anode 2. Further, a reflective electrode 4 is arranged on the downstream side of the anode 2 so as to face the anode 2. The intermediate electrode 3 is electrically placed at an intermediate position between the cathode 1 and the anode 2 by the power supplies 7 and 8 and the resistors R3 and R2.

【0010】アノード2,中間電極3および反射電極4
には、それぞれ軸Zを中心とするオリフィス2a,3a
および4aが形成されている。ただし、反射電極4のオ
リフィス4aは、その周縁からアノード2側に突出する
円筒状の壁体4bによってその軸Z方向の長さが、反射
電極2側に向かって細長く延びた形状となっている。一
方、フィラメント1aと中間電極3によって構成される
電子銃の外周部には、軸Z方向に沿って磁界を形成する
ための磁石5が配設されている。また、反射電極4に対
向して引き出し電極6が配設されている。なお、反射電
極2の上流側は所定のガス雰囲気が保持され、その下流
側は高真空が保持される。
Anode 2, intermediate electrode 3 and reflective electrode 4
Are orifices 2a and 3a centered on the axis Z, respectively.
And 4a are formed. However, the orifice 4a of the reflective electrode 4 has a shape in which the length in the axis Z direction is elongated toward the reflective electrode 2 side by the cylindrical wall 4b protruding from the peripheral edge toward the anode 2 side. . On the other hand, a magnet 5 for forming a magnetic field is arranged along the axis Z in the outer peripheral portion of the electron gun constituted by the filament 1a and the intermediate electrode 3. Further, the extraction electrode 6 is arranged so as to face the reflection electrode 4. A predetermined gas atmosphere is maintained on the upstream side of the reflective electrode 2, and a high vacuum is maintained on the downstream side thereof.

【0011】次に、本発明実施例の作用を述べる。ま
ず、中間電極3の部分で形成された電界と磁石5による
磁界で熱フィラメント1aからの電子流は細く絞られ、
その電子は中間電極3を通過した後、磁石5による軸Z
方向の磁界とアノード2による電界の作用を受けて旋回
しながら中間電極3と反射電極4との間を数回往復す
る。以上の作用によりカソード1と反射電極4との間に
高密度のプラズマPが発生すると同時に、プラズマPは
磁場によってピンチされる。そして、ピンチされたプラ
ズマPは、反射電極4のオリフィス4aを通じて高真空
側に滲み出し、引き出し電極6によってそのプラズマ中
のイオンが引き出されてイオンビームを得る。
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. First, the electric current formed from the intermediate electrode 3 and the magnetic field generated by the magnet 5 narrow the electron flow from the hot filament 1a.
After the electrons pass through the intermediate electrode 3, the axis Z by the magnet 5
While being swirled by the action of the magnetic field in the direction and the electric field of the anode 2, the intermediate electrode 3 and the reflective electrode 4 reciprocate several times. Due to the above action, the high density plasma P is generated between the cathode 1 and the reflective electrode 4, and at the same time, the plasma P is pinched by the magnetic field. Then, the pinched plasma P exudes to the high vacuum side through the orifice 4a of the reflection electrode 4, and the extraction electrode 6 extracts the ions in the plasma to obtain an ion beam.

【0012】以上のように、反射電極4のオリフィス4
aを、図1に示すような形状とすることで、そのオリフ
ィス4aを通過するプラズマは高密度であっても、その
密度を低くすることなく直接的に大電流のイオンビーム
を出射することが可能となった。これは、磁場でピンチ
された高密度プラズマPのうち、中心軸Zの近傍の方向
性がよいプラズマのみがオリフィス4a内に導かれ、か
つオリフィス4aの軸Z方向の長さが長いため、高真空
側に滲み出すプラズマのシース面は、ビーム引き出し方
向に対して逆向きに凸の形状となるためと推察される。
As described above, the orifice 4 of the reflective electrode 4
By making a have a shape as shown in FIG. 1, even if the plasma passing through the orifice 4a has a high density, it is possible to directly emit a large-current ion beam without reducing the density. It has become possible. This is because, of the high-density plasma P pinched by the magnetic field, only the plasma with good directivity in the vicinity of the central axis Z is guided into the orifice 4a, and the length of the orifice 4a in the axial Z direction is long. It is presumed that the sheath surface of the plasma that oozes out to the vacuum side has a convex shape in the direction opposite to the beam extraction direction.

【0013】[0013]

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、PIG型を構成する反射電極のオリフィスを、その
周縁部から突出する円筒状の壁体により、その軸方向長
さを、プラズマ発生側に向けて延長したので、PIG型
とデュオプラズマトロンとの組み合わせによって発生す
る高密度プラズマから、直接的にイオンビームを引き出
すことが可能となり、これによって高輝度つまり小エミ
ッタンスで大電流のイオンビームを得ることができる結
果、多価イオンの生成比の高いイオン源の実現が可能と
なる。
As described above, according to the present invention, the axial length of the orifice of the reflective electrode forming the PIG type is generated by the cylindrical wall protruding from the peripheral portion of the orifice. Since it is extended toward the side, it is possible to directly extract the ion beam from the high-density plasma generated by the combination of the PIG type and the duoplasmatron, which results in high brightness, that is, a small emittance and a large current ion beam. As a result, it is possible to realize an ion source with a high production ratio of multiply charged ions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明実施例の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・カソード 2・・・・アノード 3・・・・中間電極 4・・・・反射電極 4a・・・・オリフィス 4b・・・・円筒状の壁体 5・・・・磁石 6・・・・引き出し電極 1 ... Cathode 2 ... Anode 3 ... Intermediate electrode 4 ... Reflective electrode 4a ... Orifice 4b ... Cylindrical wall 5 ... Magnet 6 ... ... Lead electrodes

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン発生室に配設されたカソードと、
このカソードに対向して配設され、イオンを出射する方
向に沿ってオリフィスが形成されたアノードと、このア
ノードと上記カソードとの間に配設され、上記アノード
と同軸のオリフィスが形成された中間電極と、上記オリ
フィスの軸線に沿う方向に磁界を形成する磁石と、上記
アノードに対向して上記中間電極の反対側に配設され、
かつ、そのアノードと同軸のオリフィスが形成されてな
る反射電極を備えたイオン源において、上記反射電極の
オリフィスが、その周縁部から上記アノード側に突出す
る円筒状の壁体によって、その軸方向長さが上記アノー
ド側に向けて延長されていることを特徴とするデュオピ
ガトロン型イオン源。
1. A cathode disposed in the ion generating chamber,
An anode, which is arranged so as to face the cathode and has an orifice formed along the direction of ejecting ions, and an intermediate portion, which is arranged between the anode and the cathode and has an orifice coaxial with the anode. An electrode, a magnet that forms a magnetic field in a direction along the axis of the orifice, and is disposed on the opposite side of the intermediate electrode facing the anode,
Further, in an ion source provided with a reflecting electrode in which an orifice coaxial with the anode is formed, the orifice of the reflecting electrode has an axial length which is defined by a cylindrical wall protruding from the peripheral portion toward the anode. Is extended toward the anode side, and is a duopigatron type ion source.
JP3002054A 1991-01-11 1991-01-11 Duopigatron type ion source Expired - Lifetime JPH0766765B2 (en)

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