JPH088159B2 - Plasma generator - Google Patents
Plasma generatorInfo
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- JPH088159B2 JPH088159B2 JP61265349A JP26534986A JPH088159B2 JP H088159 B2 JPH088159 B2 JP H088159B2 JP 61265349 A JP61265349 A JP 61265349A JP 26534986 A JP26534986 A JP 26534986A JP H088159 B2 JPH088159 B2 JP H088159B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電磁波、特にマイクロ波を用いることによっ
てプラズマを発生するプラズマ発生装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma generator that generates plasma by using electromagnetic waves, particularly microwaves.
（従来の技術） マイクロ波を用いて電子サイクロトロン共鳴によって
プラズマを発生する方法が知られている。この方法は簡
便に高温のプラズマを発生することができ、従って核融
合、イオン源等の工業的研究に適用するものとして研究
開発が進められている。このマイクロ波によってプラズ
マを発生する装置は、内部が完全に高真空に保たれる放
電管内部に周波数ωのマイクロ波を発生する手段を設け
るとともに、電子サイクロトロン共鳴発生条件を満たす
磁場強度Ｂ＝wm/e（本明細書ではこれを「共鳴磁場強
度」と言う。なお、ｍは電子の質量であり、ｅは電子の
電荷である。）の磁場を与えて、電子サイクロトロン共
鳴を発生させてこれによってプラズマを発生している。(Prior Art) A method of generating plasma by electron cyclotron resonance using microwaves is known. This method can easily generate high-temperature plasma, and therefore research and development is being advanced as applied to industrial research such as nuclear fusion and ion sources. The apparatus for generating plasma by this microwave is provided with a means for generating a microwave of frequency ω inside the discharge tube whose inside is completely kept in high vacuum, and has a magnetic field strength B = wm satisfying the electron cyclotron resonance generation condition. / e (this is referred to as "resonance magnetic field strength" in the present specification. Note that m is the mass of the electron and e is the charge of the electron.) and the electron cyclotron resonance is generated to generate the electron cyclotron resonance. Plasma is generated by.
（発明が解決しようとする問題点） マイクロ波によって電子サイクロトロン共鳴を起こ
し、これによってプラズマを発生を発生するプラズマ発
生装置では、磁石によって共鳴磁場がプラズマ発生室内
に発生される。しかしながら、共鳴磁場を発生する磁石
がプラズマ発生室内に設置される従来の装置にあって
は、その磁石は、プラズマ発生室内にマイクロ波エネル
ギーを伝達するための導波管の開口端部に直接取り付け
られており、実際は、プラズマ発生室内ばかりでなく、
導波管内部にも同一の磁石によって共鳴磁場が形成され
てしまい、このため、導波管内部で放電が生じ、導波管
の伝送損失が生じるという問題があった。即ち、本発明
の目的は、如何にして、効率良くマイクロ波エネルギー
を共鳴磁場領域にまで伝達するかにある。本発明の目的
はこのような問題点を解決することにある。(Problems to be Solved by the Invention) In a plasma generator in which electron cyclotron resonance is caused by microwaves to generate plasma, a resonance magnetic field is generated in a plasma generation chamber by a magnet. However, in a conventional device in which a magnet that generates a resonance magnetic field is installed in the plasma generation chamber, the magnet is directly attached to the open end of the waveguide for transmitting microwave energy into the plasma generation chamber. And not only in the plasma generation chamber,
A resonant magnetic field is also formed inside the waveguide by the same magnet, which causes a discharge inside the waveguide, resulting in a transmission loss of the waveguide. That is, an object of the present invention is how to efficiently transfer microwave energy to the resonance magnetic field region. An object of the present invention is to solve such a problem.
（問題点を解決するための手段） 上記目的は以下の本発明のプラズマ発生装置によって
達成される。即ち本発明のプラズマ発生装置は、プラズ
マ生成室、このプラズマ生成室から荷電粒子を引き出す
引き出し口付近に配置された中空の第１の磁石、この中
空の第１の磁石の中心軸上に前記第１の磁石と対向し
て、前記プラズマ生成室中に配置された第２の磁石、こ
の第２の磁石を支持する棒状アンテナ、およびこの棒状
アンテナの側方から前記プラズマ生成室内に電磁波を供
給する導波管から構成される。(Means for Solving Problems) The above object is achieved by the following plasma generator of the present invention. That is, the plasma generator of the present invention comprises a plasma generating chamber, a hollow first magnet arranged near an outlet for drawing charged particles from the plasma generating chamber, and the hollow first magnet on the central axis of the hollow first magnet. A second magnet disposed in the plasma generating chamber so as to face the first magnet, a rod-shaped antenna supporting the second magnet, and an electromagnetic wave supplied from the side of the rod-shaped antenna into the plasma generating chamber. It is composed of a waveguide.
ここで、磁場発生装置としては、永久磁石、電磁面の
いずれからなっているものでもよく、磁石の形状あるい
は配置形状も円筒、角筒、環状さらには複数の現状の磁
石の組合せからなるもの等種々のものが含まれる。Here, the magnetic field generator may be either a permanent magnet or an electromagnetic surface, and the shape or arrangement of the magnet may be cylindrical, rectangular, annular, or a combination of a plurality of current magnets. Various things are included.
（作 用） マイクロ波発生装置から発生したマイクロ波は導波管
によって伝達され、この伝達されたマイクロ波は導波管
の一方の管壁（Ｈ面）内面から延びて対向に設けられた
開口を抜けて配置された円筒系の低誘電体物質（例えば
石英ガラス）で構成された高真空の放電管に入射され
る。放電管の中心軸には、導波管の一方の管壁内面から
延びて開口部に達する、他端に第２の磁石を有する棒状
アンテナが配置されている。高真空の放電管に入射され
たマイクロ波は棒状アンテナを伝播しアンテナの他端に
達し、第２の磁石の中心軸上にこの磁石と対向して中空
の第１の磁石が配置されている対向空間でプラズマを生
成する。ここで対向空間には共鳴磁場強度領域が形成さ
れている。(Operation) Microwaves generated from the microwave generator are transmitted by the waveguide, and the transmitted microwaves extend from the inner surface of one tube wall (H-plane) of the waveguide, and the openings are provided to face each other. It is incident on a high-vacuum discharge tube made of a cylindrical low-dielectric substance (for example, quartz glass) that is arranged so as to pass through. A rod-shaped antenna having a second magnet at the other end, which extends from the inner surface of one wall of the waveguide and reaches the opening, is arranged at the central axis of the discharge tube. The microwave incident on the high-vacuum discharge tube propagates through the rod-shaped antenna and reaches the other end of the antenna, and the hollow first magnet is arranged on the central axis of the second magnet so as to face the magnet. Plasma is generated in the facing space. Here, a resonance magnetic field strength region is formed in the facing space.
（発明の効果） マイクロ波エネルギーの供給を行う導波管が共鳴磁場
強度領域を横切らないので、その場所でプラズマが生成
されてマイクロ波エネルギーが消費されることなく、効
率よくマイクロ波を放電管中のプラズマ生成室に導くこ
とができる。(Effect of the invention) Since the waveguide for supplying microwave energy does not cross the resonance magnetic field strength region, plasma is not generated at that location and microwave energy is not consumed, and the microwave is efficiently discharged. It can be led to a plasma generation chamber inside.
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例の断面図である。マイクロ
波１が導波管２によって伝送され、放電管３中に入射さ
れる。放電管３の中心軸には導波管の一方の管壁内面５
から延びて開口部６に達する第２の磁石７を有する棒状
アンテナ４が配置されている。高真空の放電管３に入射
されたマイクロ波は棒状アンテナを伝播し棒状アンテナ
の４の他端に達する。更に第２の磁石７の中心軸上に、
この磁石と対向して中空の第１の磁石８が配置されてい
る。第１、第２の磁石の対向空間には共鳴磁場強度領域
が形成されており、この空間に入射されたマイクロ波は
効率よくプラズマを生成する。10はプラズマを生成する
プラズマ生成室である。11は生成プラズマよりイオンを
引き出す電極である。なお９は低圧状態でも安定してプ
ラズマを生成させるためのエミッションワイヤーであ
る。棒状アンテナ４はその長さ方向に移動可能であり、
共鳴磁場強度領域を変化することができる。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention. The microwave 1 is transmitted by the waveguide 2 and is incident on the discharge tube 3. On the central axis of the discharge tube 3, one inner wall surface 5 of the waveguide is formed.
A bar-shaped antenna 4 is arranged which has a second magnet 7 which extends from and reaches the opening 6. The microwave incident on the high vacuum discharge tube 3 propagates through the rod antenna and reaches the other end of the rod antenna 4. Furthermore, on the central axis of the second magnet 7,
A hollow first magnet 8 is arranged to face this magnet. A resonance magnetic field strength region is formed in the space facing the first and second magnets, and the microwaves incident on this space efficiently generate plasma. 10 is a plasma generation chamber for generating plasma. 11 is an electrode for extracting ions from the generated plasma. Note that 9 is an emission wire for stably generating plasma even in a low pressure state. The rod-shaped antenna 4 is movable in its length direction,
The resonance magnetic field strength region can be changed.
第２図に本発明の別の実施例の断面図を示す。本実施
例では、第１図に示した実施例の棒状アンテナ４の周囲
に、第２の磁石７の側方から供給されたマイクロ波１を
第１の磁石８の設置される方向へ反射する金属製の反射
体12を設けた。この反射体12によりマイクロ波１をプラ
ズマ生成部に効率よく供給できる。また、この反射体12
と棒状アンテナとの接触部の電気的な接続を完全にする
ため、反射体12と棒状アンテナ４との接触部に1/4波長
の長さの円筒状溝をアンテナの円周軸方向に、更にこの
溝に連結して折り返した1/4波長の長さの円筒状溝を反
射体12の内側に切削している。FIG. 2 shows a sectional view of another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the microwave 1 supplied from the side of the second magnet 7 is reflected around the rod-shaped antenna 4 of the embodiment shown in FIG. 1 in the direction in which the first magnet 8 is installed. A metallic reflector 12 is provided. The microwave 1 can be efficiently supplied to the plasma generation unit by the reflector 12. Also, this reflector 12
In order to complete the electrical connection of the contact portion between the rod antenna and the rod antenna, a cylindrical groove having a length of 1/4 wavelength is formed in the contact portion between the reflector 12 and the rod antenna 4 in the circumferential axis direction of the antenna. Further, a cylindrical groove having a length of 1/4 wavelength, which is connected to the groove and folded back, is cut inside the reflector 12.
第２図に示した装置を用い、マイクロ波１（周波数2.
95GHz）を発生させるマイクロ波発生装置のマグネトロ
ン出力が、100Wおよび270Wの場合のＬ（第２図中アンテ
ナ先端と第１の磁石上端との距離）とイオン引出口近傍
の電子密度との関係を第３図、第４図にそれぞれ示す。
マイクロ波周波数2.95GHzの場合、共鳴磁場は875Gであ
り、その時の遮断密度は、7.4×1010/cm3個である。従
って、第３図、第４図より、Ｌを適当な長さにして、適
切な共鳴磁場強度分布を形成すると、遮断密度に近いプ
ラズマが得られることがわかった。Using the device shown in FIG. 2, microwave 1 (frequency 2.
When the magnetron output of the microwave generator for generating (95 GHz) is 100 W and 270 W, the relationship between L (distance between the tip of the antenna and the top of the first magnet in Fig. 2) and the electron density near the ion outlet is shown. They are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
When the microwave frequency is 2.95 GHz, the resonance magnetic field is 875 G, and the cutoff density at that time is 7.4 × 10 10 / cm 3 . Therefore, from FIGS. 3 and 4, it was found that when L is set to an appropriate length and an appropriate resonance magnetic field strength distribution is formed, plasma close to the cutoff density can be obtained.
第１図は本発明の一実施例の断面図、 第２図は本発明の別の実施例の断面図 第３図および第４図はそれぞれ出力が100Wおよび270Wの
場合のＬ（第２図中アンテナ先端と第１の磁石上端との
距離）とイオン引出口近傍の電子密度との関係を示すグ
ラフである。 （図中、１……入射マイクロ波、２……導波管、３……
放電管、４……棒状アンテナ、 ５……導波管の一方の管壁内面、６……開口部、７……
第２の磁石、８……第１の磁石、 10……プラズマ生成室、12……反射体）FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of another embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 show L when the output is 100 W and 270 W, respectively (FIG. 2). 6 is a graph showing the relationship between the distance between the tip of the middle antenna and the upper end of the first magnet) and the electron density near the ion outlet. (In the figure, 1 ... Incident microwave, 2 ... Waveguide, 3 ...
Discharge tube, 4 ... Rod antenna, 5 ... Inner surface of one wall of waveguide, 6 ... Opening, 7 ...
2nd magnet, 8 ... 1st magnet, 10 ... Plasma generation chamber, 12 ... Reflector)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高畑 敏 東京都練馬区土支田４丁目37番10号 アイ コーデンキ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−200528（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−37900（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−43299（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Takahata 4-37-10 Dotada, Nerima-ku, Tokyo Inside Ikodenki Co., Ltd. (56) References JP-A-60-200528 (JP, A) JP-A-62 -37900 (JP, A) JP-A-63-43299 (JP, A)
Claims (2)
荷電粒子を引き出す引き出し口付近に配置された中空の
第１の磁石、この中空の第１の磁石の中心軸上に前記第
１の磁石と対向して、前記プラズマ生成室中に配置され
た第２の磁石、この第２の磁石を支持する棒状アンテ
ナ、およびこの棒状アンテナの側方から前記プラズマ生
成室内に電磁波を供給する導波管から構成されるプラズ
マ発生装置。1. A plasma generating chamber, a hollow first magnet arranged near an outlet for drawing charged particles from the plasma generating chamber, and the first magnet on the central axis of the hollow first magnet. From a second magnet disposed opposite to each other in the plasma generation chamber, a rod-shaped antenna that supports the second magnet, and a waveguide that supplies electromagnetic waves into the plasma generation chamber from the side of the rod-shaped antenna. A configured plasma generator.
テナの側方から供給された電磁波を前記第１の磁石の設
置される方向へ反射する反射体を設けたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載のプラズマ装置。2. A reflector for reflecting an electromagnetic wave supplied from the side of the rod-shaped antenna in the direction in which the first magnet is installed is provided around the rod-shaped antenna. A plasma device according to the paragraph (1).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61265349A JPH088159B2 (en) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | Plasma generator |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP61265349A JPH088159B2 (en) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | Plasma generator |
Publications (2)
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| JPS63119198A JPS63119198A (en) | 1988-05-23 |
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| JP61265349A Expired - Fee Related JPH088159B2 (en) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | Plasma generator |
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-
1986
- 1986-11-07 JP JP61265349A patent/JPH088159B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63119198A (en) | 1988-05-23 |
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