JPH087816A

JPH087816A - 表面生成形負イオン源

Info

Publication number: JPH087816A
Application number: JP6144984A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Harada; 久原田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH11109096A; JP2862478B2; JPH11109097A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、セシウムを効果的に使用し、運転
効率を向上させるとともに、ビームの出力を安定させる
ことを目的とするものである。【構成】イオン源本体１内に導入されるセシウムの蒸
気を加熱するヒータ２２、及びセシウムの蒸気を通すタ
ングステン膜２４を、セシウム導入管１５の先端部に設
け、表面電離法によりセシウムを正のイオンに荷電変換
してイオン源本体１内に導入し、負の電圧が印加された
コンバータヘッド９に優先的に誘導するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面生成形負イオン
源に関し、例えばイオン注入、核融合におけるプラズマ
の加熱、診断及び加速期加速器への入射器などに利用さ
れ、負イオンを発生する表面生成形負イオン源に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は例えば『プロシーディングス・
オブ・ザ・パーティクル・アクセルレイタ・カンファレ
ンス』(Proc. of the Particle Accelerator Conferenc
e)（ＩＥＥＥ１９８５）１７８２ページに示された従来
の表面生成形負イオン源の要部を示す構成図である。図
において、１はビーム出口１ａを有する円筒状のイオン
源本体、２はイオン源本体１内の真空度を検出する真空
ゲージ（図示せず）を接続するための真空ゲージ接続
口、３はイオン源本体１内にガスを導入するためのガス
導入口、４はイオン源本体１内にセシウム蒸気を導入す
るためのセシウム導入口、５はイオン源本体１の外周部
に互いに間隔をおいて複数個設けられているプラズマ閉
じ込め用の永久磁石である。

【０００３】６はイオン源本体１内に設けられ熱電子を
放出するフィラメント、７はイオン源本体１内に発生し
た正のイオンを負イオンに変換するコンバータであり、
このコンバータ７は、イオン源本体１内に挿入されたコ
ンバータ支柱８と、イオン源本体１内でコンバータ支柱
８の先端部に保持されているコンバータヘッド９と、保
護用ガラス管１０とを有している。また、コンバータ支
柱８内に冷却水流路１１が設けられている。

【０００４】次に、動作について説明する。イオン源本
体１内は、ビーム出口１ａ側、即ちイオン源が接続され
る加速器等の真空チャンバ（図示せず）を真空引きする
ことにより、真空にされている。この状態で、フィラメ
ント６が高温に熱せられ、熱電子が放出されるととも
に、ガス導入口３からはガスが導入される。この後、コ
ンバータヘッド９にイオン源本体１に対して負の電圧が
印加されるとともに、イオン源本体１とフィラメント６
との間に、パルス電圧が印加される。また、ビーム引き
出し用の加速電極（図示せず）に電圧が印加される。

【０００５】フィラメント６から放出された熱電子は、
イオン源本体１とフィラメント６との間に印加されたア
ーク電圧により加速され、イオン源本体１内にプラズマ
が発生する。このアーク放電により、導入ガスの正のイ
オンと電離された電子とがイオン源本体１内に生成され
る。一方、セシウム導入口４からは、セシウム炉（図示
せず）で加熱されたセシウム蒸気が導入され、コンバー
タヘッド９に吹き付けられる。

【０００６】生成された正のイオンは、コンバータ７に
より負イオンに変換される。即ち、コンバータヘッド９
には、イオン源本体１に対して負の電圧が印加されてい
るので、プラズマ中の正のイオンがコンバータヘッド９
に引き寄せられる。コンバータヘッド９の仕事関数は、
５〜６ｅＶであるが、セシウム蒸気の吹き付けにより
１．５ｅＶ程度に下げられ、導入ガスの正のイオンは、
コンバータヘッド９の表面で負イオンに荷電変換され
る。生成された負イオンは、イオン源本体１と加速電極
との間の電界により加速され、ビーム出口１ａから真空
チャンバ内に出力されることになる。

【０００７】例えば、Ｈ^-イオン源では、プラズマ中に
生成されたＨ⁺がモリブデン製のコンバータヘッド９の
表面でＨ^-に荷電変換される。一方、Ｃ^-のようなビーム
を出力する場合は、キセノンガス中にプラズマを点火
し、炭素のコンバータヘッド９をスパッタすることによ
りＣ^-ビームを生成する。また、コンバータヘッド９が
電気伝導性のあるシリコンであれば、Ｓｉ^-ビームが出
力される。従って、コンバータヘッド９の材料を変える
ことにより、ビームの種類を変更することも可能であ
る。このように、イオン種類を切り換えることでタンデ
ム式静電形加速器などと組み合わせれば、比較的簡単に
各種ビームを加速し、十分な強度で出力できる。

【０００８】ここで、コンバータヘッド９におけるセシ
ウム層の厚みは、厚すぎると変換効率が低下するので、
ほぼ半原子層程度が最適とされている。このように、セ
シウムの供給量を制御することは、表面生成形負イオン
源の運転効率を向上させ出力を安定させる上で非常に重
要である。

【０００９】図１２は従来のセシウム炉の一例を示す側
面図、図１３は図１２の断面図である。図において、１
２はセシウムが封じ込められる有底円筒状の金属製の炉
本体、１３は炉本体１２の外周部に巻き付けられている
シースヒータ、１４は炉本体１２を図１１のイオン源本
体１側に接続するための接続フランジである。

【００１０】このようなセシウム炉では、炉本体１２内
に封じ込められたセシウムは、シースヒータ１３で炉温
度を１００〜１５０℃に加熱・保温することにより、蒸
気となりセシウム導入口４からイオン源本体１内に導入
される。また、炉温度の変動は、±０．５℃に制御さ
れ、設定炉温度の調整のみによりイオン源本体１内のセ
シウム量が制御される。さらに、炉本体１２内のセシウ
ムの残量及び酸化状態の確認は、その都度運転を中断し
て行われる。

【００１１】また、イオン源本体１内へのセシウムの導
入は、図１４に示すようなセシウム導入管１５を用いて
行われる場合もある。このセシウム導入管１５は、イオ
ン源本体１への伝熱量を最小限にするため、二重パイプ
構造となっている。なお、図１４において、２０は覗き
窓である。また、ビーム出口はイオン源本体１の軸線上
に設けられているため図示されておらず、ガス導入口も
図示されていない。

【００１２】図１５は図１１のコンバータ７を拡大して
示す構成図である。コンバータヘッド９の表面にセシウ
ム膜を形成するに際して、コンバータヘッド９の表面温
度は膜厚に大きく影響する。このコンバータ９の表面温
度の決定要因としては、プラズマ点火用のフィラメント
６から受ける熱と、冷却水流路１１内の冷却水の流量と
が最も重要である。

【００１３】最終的に、セシウムの膜厚は、コンバータ
温度に加えて、セシウム炉温度（セシウム供給量）及び
プラズマによるスパッタ量（セシウム除去量）のバラン
スによって決定される。従って、セシウム膜厚を制御す
るためには、これらの３つの条件をモニタすることが望
ましい。

【００１４】また、図１１のようなイオン源本体１で
は、殆どのセシウムがコンバータヘッド９以外のイオン
源本体１の内壁に付着して消費される。これに対して、
図１６に示すように、断熱された金属板からなるセシウ
ムジャケット１６がイオン源本体１の内側に取り付けら
れる場合もある。この例では、フィラメント６やプラズ
マからの熱によりセシウムジャケット１６の温度が上昇
し、セシウムの付着が防止される。

【００１５】さらに、プラズマ閉じ込めに使用される永
久磁石５を冷却する場合、例えば図１７に示すように、
永久磁石５を冷却チャンネル１７内に配置し、磁石押さ
え板１８により固定する。この場合、永久磁石５は、冷
却水により直接冷却される。また、永久磁石５及び冷却
チャンネル１７は、イオン源本体１の内壁と熱的な接触
が良いため、イオン源本体１の内壁も同時に冷却される
ことになる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の表面生成形負イオン源においては、セシウム炉
内のセシウムの残量や酸化状態等を確認するためにイオ
ン源本体１を大気開放する必要があり、その都度半日程
度の運転停止を要し、運転効率が低下してしまうという
問題点があった。

【００１７】また、セシウム炉温度は、立ち上げ後、設
定された適温に保たれるが、運転時にイオン源本体１の
内壁にセシウムが付着するため、それがセシウム炉とは
別のセシウム発生源となってしまい、セシウム炉温度に
よるセシウムの膜厚制御が困難になってしまい、さらに
セシウムが無駄に消費されるとともに、付着したセシウ
ムを定期的な保守作業時に洗浄する必要があり、運転効
率が低下するとともに、ビームの出力が不安定になって
しまうなどの問題点があった。

【００１８】さらにまた、ビームのイオン種類の変更
は、内部の使用ガスを置換するか、又はコンバータヘッ
ド９の材料を変えることにより行われるが、そのために
はイオン源自体を加速器等から取り外す必要があり、こ
れによっても運転効率が低下するという問題点があっ
た。

【００１９】また、イオン源本体１の内壁からの距離を
一定に保つようにセシウムジャッケット１６を取り付け
ることは容易ではなく、しかも内壁とセシウムジャッケ
ット１６との間にセシウムが蓄積して、セシウムが無駄
に消費され、逆効果になることもある。このように、セ
シウムが無駄に消費された場合、セシウムの充填に手間
がかかり、運転効率が低下するとともに、ビーム出力が
不安定になるなどの問題点があった。さらに、プラズマ
閉じ込めの観点からすると、カスプ磁場を形成する永久
磁石５とプラズマとの間の距離は最小限に保つことが好
ましいが、セシウムジャッケット１６の取付を精度良く
一様に行うことは困難であるため、セシウムジャッケッ
ト１６がプラズマ閉じ込めに悪影響を及ぼし、ビーム出
力が不安定になるという問題点もあった。

【００２０】さらにまた、永久磁石５を冷却するための
冷却水によりイオン源本体１の内壁も冷却されてしまう
ため、内壁にセシウムが付着し易くなり、上述したよう
にセシウムが無駄に消費され、運転効率が低下するとと
もに、ビーム出力が不安定になるという問題点があっ
た。また、永久磁石５としては磁場強度の点からネオジ
ウム系のものが使用されており、冷却水に直接接触する
と腐食してしまうため、永久磁石５にコーティングを施
したり、磁場強度が劣っていても耐食性に優れた別の材
質の永久磁石５を使用する必要があるなどの問題点もあ
った。さらに、冷却チャンネル１７を設けた場合、その
漏水対策が必要となるという問題点もあった。

【００２１】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、セシウムを効
果的に使用することができ、これにより運転効率を向上
させることができるとともに、ビーム出力を安定させる
ことができる表面生成形負イオン源を得ることを目的と
する。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る表
面生成形負イオン源は、イオン源本体と、このイオン源
本体に接続されるとともに、内部を確認するための窓を
有しており、セシウムの蒸気をイオン源本体に供給する
セシウム炉とを備えたものである。

【００２３】請求項２の発明に係る表面生成形負イオン
源は、イオン源本体と、このイオン源本体内に設けられ
イオン源本体に対して負の電圧が印加されるコンバータ
ヘッドを有し、イオン源本体内に生成された正のイオン
を負イオンに変換するためのコンバータと、イオン源本
体内に導入されるセシウムの蒸気を加熱するヒータ、及
びセシウムの蒸気を通す荷電変換膜を有し、セシウムを
正のイオンに荷電変換してイオン源本体内に導入するセ
シウム導入部とを備えたものである。

【００２４】請求項３の発明に係る表面生成形負イオン
源は、イオン源本体と、このイオン源本体内に設けられ
イオン源本体に対して負の電圧が印加されるコンバータ
ヘッドを有し、イオン源本体内に生成された正のイオン
を負イオンに変換するためのコンバータと、コンバータ
ヘッドに設けられ、上記コンバータヘッドの温度を検出
するヘッド温度検出器とを備えたものである。

【００２５】請求項４の発明に係る表面生成形負イオン
源は、コンバータヘッドを冷却するための冷却水流路が
コンバータに設けられているとともに、温度検出器から
の情報に応じて冷却水の流量が調整可能になっているも
のである。

【００２６】請求項５の発明に係る表面生成形負イオン
源は、イオン源本体と、このイオン源本体内に設けられ
イオン源本体に対して負の電圧が印加される複数種類の
金属で構成されたコンバータヘッドを有し、イオン源本
体内に生成された正のイオンを負イオンに変換するため
のコンバータとを備えたものである。

【００２７】請求項６の発明に係る表面生成形負イオン
源は、コンバータヘッドの異なる材料部分に、それぞれ
独立して電圧が印加されるようになっているものであ
る。

【００２８】請求項７の発明に係る表面生成形負イオン
源は、イオン源本体と、このイオン源本体との間に隙間
をおくように、磁石押さえ板を介してイオン源本体の外
周部に設けられているプラズマ閉じ込め用の複数個の永
久磁石とを備えたものである。

【００２９】請求項８の発明に係る表面生成形負イオン
源は、イオン源本体と永久磁石との間の隙間に断熱材が
設けられているものである。

【００３０】請求項９の発明に係る表面生成形負イオン
源は、永久磁石を冷却するための冷却管が磁石押さえ板
に取り付けられているものである。

【００３１】

【作用】請求項１の発明においては、セシウム炉に窓を
設けることにより、イオン源本体を大気開放することな
く、窓を通してセシウム炉内のセシウムの残量や酸化状
態等の確認を行う。

【００３２】請求項２の発明においては、セシウム導入
部の出口付近でセシウムを１０００℃程度に加熱し、荷
電変換膜を通過させることによって、表面電離法により
セシウムを正の荷電状態とし、負の電圧が印加されたコ
ンバータヘッドに優先的に誘導して、セシウムの消費量
を低減させるとともに、他の部分への付着による悪影響
を防止する。

【００３３】請求項３の発明においては、ヘッド温度検
出器によりコンバータヘッドの温度を独立して検出し、
セシウム膜厚の制御を行う。

【００３４】請求項４の発明においては、温度検出器か
らの情報に応じて冷却水の流量を調整することにより、
コンバータヘッドにセシウムが過度に付着するのを防止
し、セシウム膜厚の制御を行う。

【００３５】請求項５の発明においては、コンバータヘ
ッドを複数種類の金属で構成することにより、２種類以
上のビームの出力を可能とする。

【００３６】請求項６の発明においては、コンバータヘ
ッドの異なる材料部分に、それぞれ独立して電圧を印加
することにより、任意の材料を選択し、ビームとして出
力することを可能とする。

【００３７】請求項７の発明においては、イオン源本体
と永久磁石との間に隙間を設けることにより、相互間の
熱的な影響を低減し、イオン源本体を高温に保つ。

【００３８】請求項８の発明においては、イオン源本体
と永久磁石との間の隙間に断熱材を設けることにより、
相互間の熱的な影響を一層低減し、イオン源本体をより
確実に高温に保つ。

【００３９】請求項９の発明においては、冷却管を磁石
押さえ板に取り付けることにより、冷却構造を簡単に
し、面倒な漏水対策を不要にする。

【００４０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。なお、各図中、図１１ないし図１７と同一又は相当
部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００４１】実施例１．図１はこの発明の実施例１によ
る表面生成形負イオン源のセシウム炉を示す側面図であ
る。図において、２１は炉本体１２に設けられた石英か
らなる窓である。また、シースヒータ１３は、熱接触を
考えて窓２１を避けるように炉本体１２にろう付けされ
ている。さらに、窓２１が見えるように、炉本体１２に
は保温材を巻かずに空気中にさらしておく。

【００４２】このようなセシウム炉では、窓２１を通し
て炉本体１２内のセシウムの状態、即ち残量や酸化状態
などを目視で観察することができる。従って、セシウム
の状態を確認するためにイオン源本体１を大気開放する
必要がなく、運転効率が向上する。

【００４３】なお、窓２１の材料は石英に限定されるも
のではなく、耐熱性に優れ酸化しにくいものであれば、
例えばパイレックスガラス等であってもよい。

【００４４】実施例２．図２はこの発明の実施例２によ
る表面生成形負イオン源の要部を示す構成図である。図
において、２２はセシウム導入管１５の吹き出し口付近
に巻き付けられたヒータ、２３はヒータ２２からイオン
源本体１外へ引き出されたヒータリード線、２４は押さ
え板２５を介してセシウム導入管１５の先端部に取り付
けられている荷電変換膜としてのタングステン膜であ
り、この実施例２のセシウム導入部２６は、セシウム導
入管１５，ヒータ２２，ヒータリード線２３，タングス
テン膜２４及び押さえ板２５を有している。

【００４５】次に、動作について説明する。セシウム炉
からセシウム導入管１５を経てイオン源本体１へ導入さ
れるセシウムの蒸気は、ヒータ２２及びフィラメント６
からの熱で１０００℃程度まで加熱される。加熱された
セシウムの蒸気は、タングステン膜２４を通して表面電
離法によりＣｓ⁺の状態に荷電変換される。このＣｓ
⁺は、コンバータヘッド９に印加された負の電圧により
誘導され、コンバータヘッド９に優先的に付着する。

【００４６】ここで、コンバータヘッド９の電位は、プ
ラズマ中ではそのシース効果によりＣｓ⁺に対する動作
がないが、プラズマを発生させるアーク電圧はデューテ
ィファクタの低いパルス電圧であるため、実際にはＣｓ
⁺はコンバータヘッド９に効果的に誘導されることにな
る。

【００４７】従って、セシウムがコンバータヘッド９以
外の部分に付着して無駄に消費されるのが防止され、保
守作業時の洗浄の手間が軽減されるとともに、セシウム
の補充の手間も軽減され、またセシウムの膜厚制御が容
易になる。この結果、運転効率が向上するとともに、ビ
ームの出力が安定する。

【００４８】実施例３．図３はこの発明の実施例３によ
る表面生成形負イオン源のコンバータの断面図である。
図において、３１はコンバータヘッド９のフィラメント
６（図２）に最も近い部分に埋め込まれているヘッド温
度検出器としての熱電対、３２はコンバータ７の先端部
の側面を覆うコンバータカバー、３３はコンバータ７を
支持するイオン源本体１（図２）の端板、３４は熱電対
３１に接続されているフィードスルーコネクタである。

【００４９】このような表面生成形負イオン源では、コ
ンバータヘッド９に熱電対３１を埋め込んだので、コン
バータヘッド９自体の最高温度を容易に検出することが
でき、その検出温度に応じて、セシウム膜の膜厚を制御
することができる。

【００５０】実施例４．図４はこの発明の実施例４によ
る表面生成形負イオン源の要部を示す構成図である。図
において、３５，３６はそれぞれコンバータ７の冷却水
流路１１の上流部に設けられたバルブ及び流量計であ
る。

【００５１】この実施例４では、熱電対３１で検出され
たヘッド温度に応じて、バルブ３５を動作させ、冷却水
の流量が調整される。例えば、冷却水の流量を絞り、コ
ンバータヘッド９が破損しない範囲でコンバータヘッド
９の温度を上昇させれば、コンバータヘッド９にセシウ
ムが過度に付着するのが防止される。また、セシウム過
多の事態が発生した際に、迅速に回復することができ
る。

【００５２】このように、コンバータヘッド９の表面の
セシウム膜の膜厚、即ちセシウムの付着量を、セシウム
炉の温度以外でも制御することができるようになり、イ
オン源本体１の内壁に付着したセシウムなど、セシウム
炉以外から発生するセシウムの制御も行うことができ、
ビームの出力を安定させることができる。

【００５３】実施例５．図５はこの発明の実施例５によ
る表面生成形負イオン源のコンバータを示す正面図、図
６は図５の断面図である。図において、４１はコンバー
タヘッドであり、このコンバータヘッド４１は、４分割
され交互に配置されているとともに互いに異なる金属か
らなる第１及び第２の表面部分４２，４３を有してい
る。

【００５４】この実施例５では、コンバータヘッド４１
を２種類の金属で構成することにより、同一イオン源で
２種類のビーム生成が可能となる。例えば、電圧を印加
するために高純度かつ適当な導電性の材料（不純物濃度
＝５．５×１０¹⁵ｃｍ²，ボロン）を導入したシリコン
を第１の表面部分４２に使用し、炭素を第２の表面部分
４３に使用する。そして、プラズマガスとしてキセノン
若しくはアルゴンを使用する。

【００５５】ここで、通常、φ５０ｍｍ程度のコンバー
タヘッド４１を使用すれば多くの利用に対して必要以上
のビーム強度が得られるため、コンバータヘッド４１を
例えば２分割してもビーム強度の点で支障は生じない。

【００５６】このように、同一イオン源で２種類のビー
ム生成が可能となるため、ヘッド材料交換のためにイオ
ン源本体１（図２）を大気開放して加速器等から取り外
す必要もなく、運転効率が向上する。

【００５７】なお、コンバータヘッド４１に使用する金
属は３種類以上であってもよく、種々の金属を組み合わ
せて使用することができる。

【００５８】実施例６．図７はこの発明の実施例６によ
る表面生成形負イオン源のコンバータを示す正面図、図
８は図７のＶIII−ＶIII線断面図である。図において、
４４はコンバータヘッド４１の異なる材料部分、即ち第
１及び第２の表面部分４２，４３にそれぞれ独立して電
圧を印加するためのリード線である。

【００５９】この実施例７では、分割された電極間、即
ち第１及び第２の表面部分４２，４３間の距離を放電が
起こらない程度に保ち、これら第１及び第２の表面部分
４２，４３をコンバータヘッド４１に埋め込む。各表面
部分４２，４３には、それぞれ独立したリード線４４を
つなぎ、保護用ガラス管１０とコンバータ支柱８との間
を通してフィードスルー（図示せず）に接続し、外部か
ら負の電圧を印加する。このとき、電圧を制御すること
により、出力されるビームの種類が選択可能となる。こ
れにより、同一イオン源から２種類以上のビームを出力
し、しかもイオン種を切り換えることが容易になる。

【００６０】実施例７．図９はこの発明の実施例７によ
る表面生成形負イオン源の永久磁石の取付部分を示す断
面図である。この実施例７では、プラズマ閉じ込め用の
永久磁石５が、イオン源本体１の凹部１ｂに磁石押さえ
板５１を介して取り付けられている。凹部１ｂと永久磁
石５との間には、１ｍｍ程度の隙間５２が設けられてい
る。磁石押さえ板５１には、永久磁石５を冷却するため
の冷却水を通す冷却管５３が伝熱セメント５４により固
定されている。また、磁石押さえ板５１は、イオン源本
体１との接触面積ができるだけ小さくなるようになって
いる。

【００６１】このような永久磁石取付構造によれば、イ
オン源本体１と永久磁石５との間の伝熱経路が隙間５２
により断熱されているため、従来例のように冷却チャン
ネル内で永久磁石５を直接冷却する必要がなく、従って
イオン源本体１の内壁が高温に保たれる。これにより、
セシウムジャケットを用いることなく、セシウムの付着
を防止して、セシウムが無駄に消費されるのを防止でき
る。この結果、運転効率を向上させることができるとと
もに、ビームの出力を安定させることができる。

【００６２】また、冷却管５３を磁石押さえ板５１に取
り付けるという簡単な冷却構造により、耐食コーティン
グを施したりすることなく、ネオジウム系の永久磁石５
を使用することができ、十分な磁場強度を保つことがで
きる。また、面倒な漏水対策を施すことなく、水漏れ事
故を防止できる。

【００６３】実施例８．なお、上記実施例７ではイオン
源本体１と永久磁石５との間に隙間５２を設けたが、例
えば図１０に示すように、隙間５２の少なくとも一部に
断熱材５５を挿入し介在させてもよい。これにより、断
熱効果を一層高め、イオン源本体１の内壁をより確実に
高温に保つことが可能となる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
表面生成形負イオン源は、セシウム炉に窓を設けたの
で、イオン源本体を大気開放することなく、運転中にも
窓を通してセシウム炉内のセシウムの残量や酸化状態等
の確認を行うことができ、これによりセシウムを効果的
に使用することができ、運転効率を向上させることがで
きるという効果を奏する。

【００６５】また、請求項２の発明の表面生成形負イオ
ン源は、イオン源本体内に導入されるセシウムの蒸気を
加熱するヒータ、及びセシウムの蒸気を通す荷電変換膜
を、セシウム導入部に設け、表面電離法によりセシウム
を正のイオンに荷電変換してイオン源本体内に導入する
ようにしたので、負の電圧が印加されたコンバータヘッ
ドにセシウムを優先的に誘導して、セシウムの消費量を
低減させるとともに、他の部分への付着による悪影響を
防止することができ、従ってセシウムを効果的に使用
し、運転効率を向上させることができるとともに、ビー
ムの出力を安定させることができるなどの効果を奏す
る。

【００６６】さらに、請求項３の発明の表面生成形負イ
オン源は、コンバータヘッドの温度を検出するヘッド温
度検出器をコンバータヘッドに設けたので、コンバータ
ヘッドの温度に応じてセシウムの膜厚制御を行うことが
でき、これによりセシウムを効果的に使用し、ビーム出
力を安定させることができるという効果を奏する。

【００６７】さらにまた、請求項４の発明の表面生成形
負イオン源は、コンバータヘッドの冷却水流路を流れる
冷却水の流量を、温度検出器からの情報に応じて調整可
能としたので、上記請求項３の発明と同様の効果に加え
て、セシウム膜の膜厚を、セシウム炉の温度以外のパラ
メータ、即ちイオン源本体内のパラメータであるコンバ
ータヘッドの温度によっても制御することができるよう
になり、この結果、セシウムをさらに効果的に使用する
ことができ、ビームの出力をより一層安定させることが
できるという効果を奏する。

【００６８】また、請求項５の発明の表面生成形負イオ
ン源は、コンバータヘッドを複数種類の金属で構成した
ので、同一イオン源で複数種類のビーム生成が可能とな
り、ヘッド材料交換のためにイオン源本体を大気開放す
る必要もなくなり、運転効率を向上させることができる
という効果を奏する。

【００６９】さらに、請求項６の発明の表面生成形負イ
オン源は、コンバータヘッドの異なる材料部分に、それ
ぞれ独立して電圧が印加されるようになっているので、
上記請求項５の発明と同様の効果に加えて、コンバータ
ヘッドの異なる材料部分に、それぞれ独立して電圧を印
加することにより、任意の材料を選択し、ビームとして
出力することができるという効果を奏する。

【００７０】さらにまた、請求項７の発明の表面生成形
負イオン源は、イオン源本体とプラズマ閉じ込め用の永
久磁石との間に隙間を設けたので、相互間の熱的な影響
を低減することができ、これによりイオン源本体の内壁
を高温に保つことができ、セシウムジャケットを用いる
ことなく、セシウムの付着を防止し、セシウムが無駄に
消費されるのを防止でき、この結果、セシウムを効果的
に使用し、運転効率を向上させることができるととも
に、ビームの出力を安定させることができるなどの効果
を奏する。

【００７１】また、請求項８の発明の表面生成形負イオ
ン源は、イオン源本体と永久磁石との間の隙間に断熱材
を設けたので、上記請求項７の発明と同様の効果に加え
て、断熱効果を一層高め、イオン源本体の内壁をより確
実に高温に保つことができるという効果を奏する。

【００７２】さらに、請求項９の発明の表面生成形負イ
オン源は、永久磁石を冷却するための冷却管を磁石押さ
え板に取り付けたので、上記請求項７の発明と同様の効
果に加えて、冷却構造を簡単にし、かつ面倒な漏水対策
を不要にすることができるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による表面生成形負イオ
ン源のセシウム炉を示す側面図である。

【図２】この発明の実施例２による表面生成形負イオ
ン源の要部を示す構成図である。

【図３】この発明の実施例３による表面生成形負イオ
ン源のコンバータの断面図である。

【図４】この発明の実施例４による表面生成形負イオ
ン源の要部を示す構成図である。

【図５】この発明の実施例５による表面生成形負イオ
ン源のコンバータを示す正面図である。

【図６】図５の断面図である。

【図７】この発明の実施例６による表面生成形負イオ
ン源のコンバータを示す正面図である。

【図８】図７のＶIII−ＶIII線断面図である。

【図９】この発明の実施例７による表面生成形負イオ
ン源の永久磁石の取付部分を示す断面図である。

【図１０】この発明の実施例８による表面生成形負イ
オン源の永久磁石の取付部分を示す断面図である。

【図１１】従来の表面生成形負イオン源の一例の要部
を示す構成図である。

【図１２】従来のセシウム炉の一例を示す側面図であ
る。

【図１３】図１２の断面図である。

【図１４】従来の表面生成形負イオン源の他の例を示
す構成図である。

【図１５】図１１のコンバータを拡大して示す構成図
である。

【図１６】従来の表面生成形負イオン源のさらに他の
例を示す構成図である。

【図１７】図１１の永久磁石を冷却する場合の構造の
一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１イオン源本体、５永久磁石、７コンバータ、
９，４１コンバータヘッド、１１冷却水流路、２１
窓、２２ヒータ、２４タングステン膜（荷電変換
膜）、２６セシウム導入部、３１熱電対（ヘッド温
度検出器）、５１磁石押さえ板、５２隙間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン源本体と、このイオン源本体に接続されるとともに、内部を確認す
るための窓を有しており、セシウムの蒸気を上記イオン
源本体に供給するセシウム炉とを備えていることを特徴
とする表面生成形負イオン源。
【請求項２】イオン源本体と、このイオン源本体内に設けられ上記イオン源本体に対し
て負の電圧が印加されるコンバータヘッドを有し、上記
イオン源本体内に生成された正のイオンを負イオンに変
換するためのコンバータと、上記イオン源本体内に導入されるセシウムの蒸気を加熱
するヒータ、及び上記セシウムの蒸気を通す荷電変換膜
を有し、上記セシウムを正のイオンに荷電変換して上記
イオン源本体内に導入するセシウム導入部とを備えてい
ることを特徴とする表面生成形負イオン源。
【請求項３】イオン源本体と、このイオン源本体内に設けられ上記イオン源本体に対し
て負の電圧が印加されるコンバータヘッドを有し、上記
イオン源本体内に生成された正のイオンを負イオンに変
換するためのコンバータと、上記コンバータヘッドに設けられ、上記コンバータヘッ
ドの温度を検出するヘッド温度検出器とを備えているこ
とを特徴とする表面生成形負イオン源。
【請求項４】コンバータヘッドを冷却するための冷却
水流路がコンバータに設けられているとともに、温度検
出器からの情報に応じて上記冷却水の流量が調整可能に
なっていることを特徴とする請求項３記載の表面生成形
負イオン源。
【請求項５】イオン源本体と、このイオン源本体内に設けられ上記イオン源本体に対し
て負の電圧が印加される複数種類の金属で構成されたコ
ンバータヘッドを有し、上記イオン源本体内に生成され
た正のイオンを負イオンに変換するためのコンバータと
を備えていることを特徴とする表面生成形負イオン源。
【請求項６】コンバータヘッドの異なる材料部分に、
それぞれ独立して電圧が印加されるようになっているこ
とを特徴とする請求項５記載の表面生成形負イオン源。
【請求項７】イオン源本体と、このイオン源本体との間に隙間をおくように、磁石押さ
え板を介して上記イオン源本体の外周部に設けられてい
るプラズマ閉じ込め用の複数個の永久磁石とを備えてい
ることを特徴とする表面生成形負イオン源。
【請求項８】イオン源本体と永久磁石との間の隙間に
断熱材が設けられていることを特徴とする請求項７記載
の表面生成形負イオン源。
【請求項９】永久磁石を冷却するための冷却管が磁石
押さえ板に取り付けられていることを特徴とする請求項
７又は請求項８記載の表面生成形負イオン源。