JPS5949139A

JPS5949139A - 負イオン源

Info

Publication number: JPS5949139A
Application number: JP58139330A
Authority: JP
Inventors: カノ・ロイング; ケネス・ダブリユ・エ−ラ−ズ
Original assignee: US Government
Current assignee: US Government
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1984-03-21
Also published as: FR2531570A1; DE3328423A1; GB2124824A; FR2531570B1; US4486665A; GB8318743D0; GB2124824B; JPH0360139B2

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】本発明は、中性分子および原子をイオン化゛するための
イオン源に関するちのである。

イオン源の重要な用途は、核融合エネルギー装置および
炉の中性子ビーム入射シスデムにある。かかるイオン源
からのイオンは静電的に加速されて高いエネルギーをも
った後、中和されて高エネルギーの中性原子のビームを
発生Ｊる。

中性ビーム入射システムは、トカマクのような磁気閉込
め核融合エネルギー装置おにび磁気ミラー核融合装置に
おい℃ブノノ、ンを加熱Ｊるため、メガワラ１〜のコ。

ネルギーを！りえる。、かかへ融合エネルギー装置内の
最初低湿り”Ｊねら低Ｔネルギーのプラズマイオンは、
中性ビーム源からの高エネルギー粒子を打ち当てられる
ことによって加熱され（高エネルギーとなる。磁気閉込
め型融合エネルギー装置の極め（高い磁場は、プラズマ
を有効に閉込めるばかりＣなく、帯“小粒イがプラズマ
を肖通りるのを防止りる。中性粒子は強い磁場によって
影響を受り４Ｔいから、高１ネルギー中性粒子はこれら
の融合プラズマを加熱するに良い選択を与える。活発な
中性粒子まｌ〔は原子が融合プラズマに入る際、中性粒
子または原子はプラズマ電子ぼよって再イオン化される
。これらの高エネルギーリなわら高温のイオンは次に反
応炉の磁場によって包囲される。

正イオンは現在の中性ビーノ、システムにおいて大いに
用いられており、この理由は、正イオンは、例えば８０
０Ｖの電子を重子放出によって比較的容易に発生される
からである。正に荷電された水素イオンを発生させるた
めの弗型的イオン源は、米国特許第４１４０９４３号に
示されている。水素はプラズマ発生器容器内に入射され
、この容器内で複数のタングステンフィラメン１〜によ
るにＩＩ電流電子放出ににってイオン化される。

これらの正イオン源の抽出器グリッドは、イオン化した
プラズマに対して負の電位をもつでいる。電子は出力束
に現われないよう抑制される。

なぜならば、負に帯電された電子は抽出器グリッド上の
負電位によってはじかれるからである。

高エネルギーの中性粒子に変換するため、イオン源から
の正イオンは静電的に加速されて高エネルギーを、もっ
た後、低圧ガスセルを通過させられてこのセル内で電向
が中性化されることにより中性化される。

中性ビームシステムにおいて正イオンを用いることによ
って生ずる一つの問題は、正イオンの加速電位が増大す
るにしたがって、正イオンを中性化することが次第にＩ
ａｉｌＩｌになることである。イＡン加速電位が増大す
るにしたがい、中性粒子に変１矢できないイオン化粒子
の割合が益々増大する。非中性化の正帯電の粒子ははじ
かれるかまたはプラズマに入らぬＪ、う変更され、した
がって、プラズマのエネルギーを増大させるのに役立た
ない。イオン１−ネル４゛−が増大′づるにしｌζがつ
で、正イΔン源はプラズマを加熱リ−る作用が次第に低
）１シする。磁気的に閉込められた融合装置内でプラズ
マを加熱りるためには、一般的にメガワラ１〜のＡ−グ
ーでの中性ビーム力が必要であり、正イＡン中性ヒーム
源をさらに高いエネルギーの中性ビーム源と考える場合
に、効率の低下は重大な欠点であるということを認識°
す°べきである。

将来の核融合エネルギー！！ｉ　ｒ（は、継続作動を維
持するためにさらに多くのエネルギー人力が必要である
と考えられる。中１１じ−ノ、ＩＪかかる目的に適する
ものである。益々高い上ネルギーの中性ビームシステム
に対する要求が引続き生ずるから、中性ビームシステム
（−おいては、正イオンよりもむしろ、負イオ°ンを用
いることに着目されている。なぜならば、正イオンに比
べて、負イオンの中性化の方が高エネルギー負イオンに
対して追かに効率が高いがらである。負の水素または重
水素イオンの場合には、０．７ｅＶといった弱い結合力
で電子が中性原子に結合しているため、例えば、レーザ
ビームにＪ：る中性化が比較的容易に行なわれる。１５
０ｅＶにり大きいエネルギーを右する真の水素および重
水素イΔンに対しては、６０％以上の中性化効率が可能
である。

しかし、負イオンの使用が注目されでいるにもかかわら
ず、現在の負イオンの高電流源は、かかるイオン源から
抽出された負イオンとともに相当数の望ましくない電子
を発生する！こめ、これらの多数の電子を加速するのに
多重の電力が消費されるという問題がある。これらの高
エネルギー電子はまた相当数の望ましくないＸ線をも発
生する。これらの多数の電子は、コレクター電極へ電子
を変更さぜるＥｘＢ電子抽出器を用いることによって０
の水素イＡンビー１１から普通に分離される。負イオン
源の出力からの多数の電子の発生おＪ、び鴻１１Ｊｉは
相当の電力を必要とし、システムにおいて相当の電極が
消費される。したがって、できるだ（）多くの電子が高
電流負イオン源の出力束から抑制されることが望ましい
。

負水素イオンの製造についτＩＪ１．１．　ｔ！ｕ＋＋
ｇｊンＪ、びＥ　ｈｌｃｒｓ　箸［Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ
　　３　ｅｉＯｎＮｆｉｃＩ　　ｎ５ｔｒｕ＋ｎｅｎｔ
ａｔｏｎ　　Ｊ　　５３　、　１０８２（１’、（３月
、　　釘ｓ　３０頁に［自己抽出負イオン源（３０ｆｆ
　　−ｅｘｔｒａｃ−ｔｉｏｎ　　ＮＯｇａｔｉｖｅ　
ｌ　ｏｎ　　３ｏｕｒｃｃ　）　、１と題りる報文に記
載されている。これに記載の方法では、約２００ボルト
の正電位にに・〕て正にイオン化しｌζ水素およびセシ
ウム粒子を加速し、銅の＝】ンバータ表−面に当てる。

これにＪ、す、（′ＩイＡンがコンバータ表面に形成さ
れ、同じ正の電位によって加速される。レシウムは極め
（活性な物質であって、取扱いが危険Ｃあり、困難Ｃあ
る。

かかる方法では、コンバータ表面からのスパツタリング
がもう一つの問題であ、る。

本発明の目的は、負イオン源の出力から抑制された電子
を有する負イオン源を提供しようとするものである。

本発明の他の目的は、負イオン化した粒子の大きな束を
効率よく生ぜしめる負イオン源を提供しようと°するも
のである。

本発明の上述した目的および他の目的を達成するため、
また、本発明の目的にしたがって、水明１１１書におい
て具体的かつ広範囲に記載覆るように、負イオン源を設
ける方法および装［６を記載する。本発明は、大量の負
イオンを発生させ、これらの負イオンを静電的に加速し
て高」−ネルギーとした後、中性化して高エネルギーの
中性ビームを形成し、次いで、このビー１１を用いて磁
気的に閉込めたプラズマを加熱するために狛に有用であ
る。

本発明による装置は、中性分子Ｊ３よび原子から発生さ
れた負イオン源である。この負イオン源は、高１−ネル
ギーのイオン化用電子によってイオン化された粒子を収
容りるｌこめの室を−ぞの内部に右する容器を備える１
、この容器は、放電装量として陽極部分を右し、これに
Ｊ、り中性分子および原子を、イオン化り−る。本発明
の一つの実施例にＪ３いては、容器壁が放電陽（ｆｉｉ
を（１１１成する。高１ネルギーの電子を反Ｉｉ＋さＵ
るための磁気フィルタ装置を上記室を横切・）で延長し
”（設り、これにより室を２個の帯域＋、１分υ［し、
一方の帯域はイオン化帯域どじ、他ｙ）の帯域（Ｊ抽出
帯域とする。本発明のｍ−）の実施例にＪ３いては、例
えば、永久磁石にＪ：る磁場によってノイルタ装置が与
えられる。正バイアスされた抽出器アッセンブリは、抽
出帯）或からの負イΔンの流れを抽出Ｊるための手段、
すなわち、抽出電界を与える。バイアスされたイオン化
容器の抽出帯域に隣接してプラズマグリッドを設け、こ
のプラズマグリッドを陽極に対してトドかに正として抽
出帯域に、ｌ１３けるプラズマ電位を増大させ、負イＡ
ン出力束から電子が放出Ｊるのを抑制づる。

これは予期に反することであり、通んば、プラズマグリ
ッド上の正のバイアスが抽出器流の正の電位によって抽
出されるイオン深田ツノに電子が引きつけられるであろ
うと考えられるにもかかわらず、プラズマグリッドを正
にバイアス覆ることによって、実際には、負イオンの出
力流における低エネルギー電子の数を減少リ−る。低エ
ネルギー電子はイオン化帯域内で発生する正のイオンと
ともに引かれることによって抽出帯域に入り、室を横切
って延びる磁気フィルターを通過覆る。しかし、この場
合、プラズマグリッド上の僅かな正のバイアスによって
、正イオンははねかえされて抽出帯域に入ることができ
ない。なぜならば、抽出帯域のプラズマ電位がプラズマ
グリッド゛」二の正のバイアスによって一層正になるか
らである。低エネルギーの電子は抽出帯域内に存在しな
いから、抽出器電界によって低エネルギー電子が抽出帯
域から引出されることはない。さらにまた、本発明によ
れば、出力から電子が放出するのを抑制するだめの附加
的装置を設番ノることもできる。この附加的装置は例え
ば、抽出器電界に対しく整列した磁界を与えて電子にＥ
ｘＢドリフ１〜をしたらづ手段を備えている。

本発明の他の目的、利点Ｊ３．　Ｊ、び新規な特徴は以
下の記載により明らかとなり、Ｊ、た、本発明の試験的
実施また（、表実際的実施にＪ、・）（当呆壱は知るこ
とができるだろう。

次に、本発明を図示の好適実施例に、、）さ説明り゛る
。

以下に説明づる負イＡンのイノ１ン１ｌｊｊは、本願の
発明者によって１９８２ｒｒ、　５　Ｊ］／ＩＨに出願
された出願中の米国特許出願第３７４ｎ４７″ｌ〕の明
細■に記載されている正イオン源とけばＪｉｉｌ打に構
成されている。本明細書中に上記米Ｄ、口、′ｌｎＱ願
を引用り。

て参照する。

図面において、第１図は、負イＡ−ンｉｌｉ：爾０の一
つの実施例を示す。訂径が２０ＣＩ１１で、軸線１３に
沿っての長さが２４ｃｍの円筒型ステンレス鋼容器１２
の中空内部にイオン化水素を入れる室１４が形成されて
いる。容器１２の一端は銅製端板１６が取付けられた端
ノランジ部月１５によって閉止されている。水素ガス分
子は端板に形成されている通路１８を経て室１４内に注
入される。パルス作動されるガス弁２０は、ガスのイオ
ン化の直前に、図示しないガス源から水素ガス、を室１
４内に放出するように作動する。図示の例では、水素ガ
スおよび原子は高エネルギー電子、すなわち、約８０ｅ
Ｖのエネルギーを右する電子の放電ににってイオン化さ
れる。複数個の水冷タングステンフィラメントアツヒン
プリ３０が、水素分子および原子をイオン化するため８
０ｅＶの高エネルギーの電子を放出または放射するだめ
の装置として用いられる。タングステンフィルタメン１
〜３２のヒーターは８ボルト、１０００アンペアのフィ
ラメントヒーター電源３４によって作動される。８０ボ
ルト、７００アンペア′の電子放出用電源３６の負端子
は各フィラメントアッセンブリ３０に接続さ１′１１正
端子は導電性の銅製容器１２に接続されている。放電に
際して、フィラメント３２は陰極となり、容器１２は陽
極どなる。

３．６　ｋＧの磁界強さを右する複数個の隔ｌ＞（’５
れたサマリウムコバルト永久磁石４０が、ステンレス鋼
容器１２および銅端板１６の外側にａ３りる条溝内に固
定されている。これらの永久磁石は適切に配置されて、
極が交＃１に変わつ１イＡン化室１４内に多重カスプの
（ｍｕｌｔｉ−ｃｕｓｐｅｄ）１！場を生「しめるにう
に組立（られる３゜第２および第３図は、複数個の磁気
フィルタアッセンブリ５０の詳柵構）告を示し゛ており
、この磁気フ、Ｃルタアッセンブリはに（己ネルギー電
　′了を反割り−るため室１４を横切・〕で延びる゛磁
気フィルタ装置の好適例を与え−（いる。直径６ｎ１ｍ
の複数個の中空銅管５２を／１ｃ１１の間隔Ｃ′隔装さ
１ｉで容器１２の内部を横切つ（延艮して設りている。

第２図に示Ｊように、容器１２の壁に貫通した孔に管５
２を貫通さＵ、ろう（＝Ｊ【］（・二Ｊ、って固定して
真空シールし℃“いる。訝）３図（こ示づ゛ように、中
空銅管５２の内壁を１（：、＋、−ｆ加−工（］て一連
の等間隔で離間した長さん向に延びる整白用条溝５４を
設けて、多数の′す′マリウｌ）、：Ｊパル１ル永久磁
石５６を所定位置に挿入して固定し得るＪ、うにする。

永久磁石はそれぞれ数センチメートルの長さを有し、−
辺の長さが３．５ｍｍの四角断面形状を有゛する。各永
久磁石の隅角は整合用条溝５４にそれぞれ掛合し、永久
磁石５６の各側に隣接して長さ方向に延びる冷却用通路
５８を形成させる。水のにうな冷却流体をポンプにより
通路５８に流し、これにＪ：す、永久磁石５６をイオン
化室１４内の所定位置に保持する銅管５２に容器１２内
のプラズマ粒子が当る際に加熱される磁石を冷却するよ
うにしている。

１　各アッセンブリ５０の永久磁石５６は７５ガウスの
磁界を生ぜしめ、中空銅管５２内に適切に配向して、第
１図に示すＪ：うに、隣接りるアッセンブリが互いに対
向する反対極性の磁極を右するよう構成している。第４
図は、磁気フィルタアッセンブリが位置する平面からの
距離の関数どして磁界Ｂをプロットして示覆。

磁気フィルタアッセンブリ５．０によって与えられる磁
場を適切に）双択しく正イオン）１≦ｉに要求されるよ
りも強りな強い磁場を生「しめた。なぎならば、正イフ
１ン源におりる電子は負の抽出器電位にＪこって当然に
追い払われるからで゛ある。

磁界はイオン化容器１２内の室１４を２個の帯域に分割
゛す°る。第１帯域は、端板１６と磁気フｆルタアツセ
ンブリ５０との間に形成されるイオン化帯域６０　′Ｃ
″ある。第２の帯域は！１１気ノイルタアツセンブリの
もう一つの側で容器１２内に形成される抽出帯域７０’
ｔ”あり、この抽出帯域はイオンと比較的少数の高エネ
ルギー電子とを含む。

比較的高速度のａｏｅＶの高−「ネルギー電子はイオン
化帯域内に閉込められる。なげならば、これらの高１ネ
ルギー電了は磁界フィルタアッセンブリ５０によっＣす
λられる比較的強力な磁界によって偏自されるからであ
る。し７かし、イオンおよび低エネルギー電子のにうな
比較的低速の粒子は磁気フィルタを通過−りることがで
きる。比較的低速の電子が通過り−る理由は十分に理解
されていないが、しかし、正イオンが磁場を通じてドリ
フトする際に、正イオンが低速電子を引きすると信じら
れている。これがノこめ、正イオンが磁界を通過Ｊるの
を防止することによって、低エネルギー電子が磁界を通
過するのを同様に防止ザることは明らかである６第１図
に示すように、抽出帯域７０は、磁気フィルタアッセン
ブリ５０によって与えられる磁場とイオン抽出系７２と
の間に延長している。

プラズマグリッドアッセンブリ７４は容器１２の端に取
イ」けられ、絶縁物７５によって容器から電気的に絶縁
されている。このプラズマグリッドアッセンブリはイオ
ン抽出帯域７０に隣接して位置する複数個の互いに隔置
された導電性グリッド部材７６を備えている。イオン抽
出系７２の抽出器クリッドアーツセンブリ８０は、第１
図に示ずように容器１２のイオン抽出帯域の反対側に位
置する複数個の互いに隔置された導電性抽出器グリッド
部材８２を備えている。

第５図に示すように、孔マスク板９０が抽出帯域７０に
隣接Ｊ−る容器１２の端に説４Ｊられている。マスク板
９０には貫通孔９２が形成され、この孔９２はイＡン源
１０からのイΔン出力ビームの断面積を制御する。

！′３６図は、互いに電気的にＮ’ｉ合さｌ’１．　／
ｊ、孔マスク板９０とプラズマグリッド索Ｔ−７６とを
示している。プラズマグリッドＷｉ　’ｊ”７６は、図
示のように、入口管７８に接続された−・ノニホルド７
７を経て水冷されている。同（ニドに、抽出器クリッド
部材８２は入口管８’ｌに接続されＩＪマニホルド８３
によつζ水冷さ罎″１でいる。ゾラズパングリッドアツ
センブリ７４おにび抽出器クリ・ンドアッセンブリ８０
は絶縁物９Ｇにより−ＣＴｉいに電気的に絶縁されでい
る。

プラズマグリッドアッセンブリ７／ｌは容器１２Ｊ、り
も僅かに正に、づムわも約４１１（ル１へ高く、第１図
に示すプラズマグリッドバイｊ′ス電圧源１０２によっ
てバイアスされＣいる。このプラズマグリッドにおける
僅かに正の電Ｌ「は、抽出帯域７０におけるプラズマを
一層正にバイアスし、これによりイオン化帯域−６０と
抽出帯域７０との間のプラズマ電位は減少する。このプ
ラズマ電位差の減少の結果として、正イオンがイオン帯
Ｉ４６０から出て磁気フィルタアッセンブリ５０によっ
て与えられた磁場を横切って抽出帯域７０に通過するの
を阻止づる。磁気フィルタは、高エネルギー電子がイオ
ン化帯域から抽出帯域に通過するのを阻止する。しかし
、磁気フィルタは低エネルギー電子がイオン化帯域６０
から抽出帯域７０に通過するのを防止しない、電子は負
電荷を有し、かつ抽出器グリッドアッセンブリ８０によ
って与えられている抽出電位は抽出帯域７０に対して数
千ポル］へ程度正であるから、抽出帯域７０における電
子は出力束に引きつけられ、この束は前述したように、
強い出力ドレンを生じ、イオン加速計に引き入れられる
多数の電子のために５最のＸ線を発生゛りる。低エネル
ギー電子が磁気フィルタを通過づ；る正確なプロセスは
未だ十分に理解され（いないが、しかし、抽出帯域７０
にＡ３１プる電子の密度、したがって、抽出電子の数は
、磁気フィルタを通過する正イオンの数に密接な関係を
右゛リ−ることが判明している。

第８ａ図は、１．５Ｘ　１０　　トルの実際の圧力下で
、８０ポルＩへ、１７７ンベノ７　ａ）敢電ににつて水
素に対【ノて行なったラングミ１ア１Ｏ−１（Ｌ　ａｎ
ｇｍｕｉｒ　１月・（油ｅ）測定のグ）ノを承り。この
測定は、イオン化帯１．Ａ　Ｇ　Ｏの中心にラングミー
１アブローブを置いて行な・＞　７；：　、このグラフ
は、プラズマグリッド７／Ｉと容器１２との間の固定バ
イアス電圧Ｖ　１１に対りる１１１−ブ電流１１３Ｊ：
び電圧を示づ゛。各曲線の」一方ブレーキ点はプラズマ
電位を示し、これは、Ｏ〜１０ホルｊ〜間のＶ　１７に
対して約４〜５ポル１〜の範囲Ｃ見られる。

第８１）図は、第８ａ図と同じ構成についてのラングミ
Ｊア゛ンローズ測定を示し、Ｖ　１１の同じ範囲に対し
て抽出帯域８０内のプラズマグリッド７４の前方で測定
した。プラズマグリッドにバイアス電圧がない場合、′
？ｌなわち、Ｖ　ｔ＋　ｂ′ＸＯである場合には、イオ
ン化帯域６０の電位は抽出帯域７０の電位より約１．５
ボルト正側にある。

この電位の勾配は、正イオンをイオン化帯域６０から抽
出帯域７０に駆動し、正イオンと一緒に電子を移動させ
る傾向がある。上）本の電位の勾配は負イオンが抽出帯
域７０へ通過するのも禁止し、しか−６、負イオンをイ
オン化帯域６０内に後方に加速する。かかる加速は振動
により励起された水素分子を分離させるような処理によ
って抽出帯域において発生される。

第８８図Ｊ５よび第８ｂ図から明らかなように、Ｖ　１
１が増大されるにしたがって、イオン化帯域と抽出帯域
との間のプラズマ電位差は減少する。

この結果として、正イオン、したがって、低エネルギー
電子が抽出帯域７０に入ることはさらに難しくなる。し
たがって、抽出器イオン流Ｉ＋および抽出電子流Ｉｅは
低減される。

第９ａ図、第９ｂ図、および第９Ｃ図は実験の結果を示
す。この実験に当っては、正確な測定値が１ｑられるよ
うにするため、マスク板９０の孔９２をマスクして０，
１５ｃｍ’Ｘ　　１．、．３ｃＩｎの矩形の抽出孔にし
て用いた。第９ａしｌ　ｔＪｌ、抽出水崇負イオン流Ｉ
を、プラス゛マグリッド７／Ｉトのパイｊ′ス電Ｉｆ　
Ｖ　１１の関数とじでプ「１ツトし−（示覆。

第９ｂ図は、抽出電子流賜を）゛１１ツ１〜しく示り°
。

第９Ｃ図は、抽出器電１１１ｉ！　１０２の極性を逆に
した場合′の抽出器イオン流Ｉを示す１゜大地に対して負の１００１１ポル１−の電も°ｌを容器
１２に印加した。これににり抽出されたビームを２種の
診…ｉ法にＪ、って分析し７だ。第１の診断法にＧ；Ｊ
、抽出器の直ぐ外側に小１．１１１の磁気１扇向質量分
析肘を設置しで用いた。この第１の診断法は、抽出した
１」−イオンの相対的測定おＪ、び抽出イオンの種類の
分析のために用いた。しかし、第１の診断法は、相対的
測定値を与えるが、１１イオンまたは抽出ビーｌ＼の電
子流の正確４シ・値を与えることはできない。第２の診
断法は、永久磁石質量分離器を抽出器Ｊ３よび）ｌツレ
〕／ブリ８０の直ぐ後に設置して用いた１、この診断法
は、ファラデイカツブ（Ｆａｒａｄａｙ　ｃｕｐ）を用
いて抽出しｌこ負イオーン流Ｉおよび電子流■８を測定
する。

一対の薄いセラミック磁石によって発生される弱い磁場
によって、電子を黒鉛コレクター上に偏向させる。弱い
磁場によって極く僅かに影響を受（プた負イオンをファ
ラデイノコツプ内に通過させる。カップに小ざい正のバ
イアス電位をかけて二次電子の発生を抑制した。かよう
にすることによって、電子流に対する抽出１−１−イオ
ン流の比ならびに抽出Ｉ」−イオン流密度を種々の作動
条件に対して測定することができたａ１アンペアのイオ
ン化電子放電流に対し、負イΔン源１０の抽出器イオン
流密度は０．１２ｍＡ　／　ｃｉ　’？：″あり、磁気
フィルタの幾何学的構成および抽出電圧レベルを最適な
ものとすることによって抽出器イオン流密度をさらに増
大させることかできる。

サマリウムコバルト磁石５６を備える磁気フィルタ５０
を用いることによつで、第９ａ図に示°すように、ｖｂ
＝ｏに対して、１２マイクロアンペアの抽出負イオン流
が得られた。第９ａ図に示すように、ｖｂが増大される
にし７ｊがつて、さらに多くの負イオンＩを抽出りるこ
とができる。なげ゛ならば、イオン化帯域６り内で形成
される負イオンは磁気フィルタを横切ることができるか
らであり、また、抽出帯域７０において発生されＩｃ負
イオンはイオン化帯域Ｇｏに向けて戻る方向に加速され
ないからである。

Ｖ　１１が約４ポル１−より増大すると、負−イオン流
の減少を示す。

第９ｂ図および第９Ｇ図が承りように、＼／　ｌ）が４
ポルｌ−Ｊ、り増大する場合、電子流または正−イオン
がざらに減少Ｊ゛る現象は認められない。

ｖｌｌ、”＝　Ｏでは、抽出電子流１ｅＧＪ、約１１１
．１５ミリアンペアであり、＼川）が増大するにしたが
っ゛Ｃ１抽出電子流は減少し、Ｖ　１１　、＝　２，５
ボルトひ、しは約２．８ミリアンペアに減少する。こ１
′ｌがため、比較的強力なサマリウムコバル１−磁石５
２を用いｃＶｂ＝、Ｏボトルに設定りることにＪ、っ′
（，１／　Ｉ、の比は１／１２０に改善される、。

第９ａ図および第９１）図が示１Ｊように、磁気フィル
ター５０なしＣは、ｖｂ＝ｏで、第９ａ図に示すような
約２マイクロアンペアの負イオン流がアンペアの放電流
で負イオン源から抽出された。しかし、この負イオン抽
出と同時に、約１７マイクＣＩアンペアの電子流が第９
ｂ図に示づうに生じた。これがため、電子流に対する抽
出負イオン流の比は１／９０００である。抽出電源の極
性を逆にした場合、同じ放電流および抽出電圧で、磁気
フィルタ５０を用いないで、第９Ｃ図に示すＪ：うに、
２４５マイクロアンペアの正の水素イオン流が測定され
た。しｌζがって、Ｉ／Ｉの比は約１／１２０である。

負イオン源１０から負イオンを抽出するために、抽出器
グリッド８０は容器１２に対して正にバイアスされる。

第１図に示す本発明の実施例においては、抽出器グリッ
ド８０を大地接続し、第１図に示叩ような抽出器用バイ
アス電圧源１０６を用いて容器１２ど大地との間に大き
な負の抽出器電圧を印加することによって、上述の正の
バイアスが得られる。上述した測定では、抽出器電圧ｌ
よ約１０００ボルトであったが、しかし、抽出器電圧は
、１０００へ−１００（１０ポル１−の範囲とりること
がて・きる。ついで、附加的加速手段（図示せｆ）によ
つ℃負イオン源から抽出しｌこ負イオンを１メガポル］
−のにうな高い電圧に加速する。レーザービームを利用
しで負の水素イオンを中性化する場合には、抽出器グリ
ッド８０を高い正の電圧に接続し、容器２０を大地接続
りることができる。

第７ａ図は、内部に永久磁石１１０を置いた中空の三角
形断面の管Ｃ構成されたプラズマグリッド部材７６の断
面を示（Ｊ。図示の１１＜久１１１＆　？’ｉは、抽出
器によって発生されるｆ１イオンの流れからの電子を抑
制覆るためのトド１加的丁段の役目を果す。永久磁石１
１０はセラミック（−構成され、辺の」法が０．２ｃ＋
ｎと０　、２　！ｉ　ｃ　ｍ　支・、３．Ｏｃｍ（Ｉ）
ＬＭさを右する。一連の永久磁石１１０が導電性管状プ
ラズマグリッド部材７６内に置かＰＬ−（永久＆ｉｋ　
７Ｅｌの面と三角形のグリッド部材７６の内側表面との
間の空間ににつて冷却水の５通路１１２を形成し゛（い
る。第７ｂ図は、グリッド部＋４７６　（ｔ）　ｉｌ！
！の形状を示す。プラズマグリッド部材１１６は導電性
アルニコ５　（Ａ　Ｉｎ１ａｏ　５　）の材料で形成さ
れ、永久的に磁化されている。プラズマグリッド部材７
６および抽出器用グリッド部材８２は中空体で構成され
て冷却水の通路を設け、これにＪ：す、これらの部材に
負イオン源から抽出される帯電粒子が衝突する際に、こ
れらの部材を冷却するように構成されている。

セラミック磁石１１０によって与えられる最大Ｂ−磁場
は約３５０Ｇで、０．５ｃｍの範囲で急速に低下する。

１０００ボルトの抽出電圧では、プラズマグリッドに到
達する電子は５００ｅＶのエネルギーを必要とする。抽
出器の電界およびセラミック磁石１１０のＢ磁場によっ
てこれらの５００（二■の電子はサイクロイド運動で抽
出器から遠去かる方向にＥＸＢドリフトされる。これに
リー’ｂ　通かに重い負の水素イオンは影響をほとんど
受りることなく通過する。

第１０図は、ＥｘＢ電子抑制装置を用いたときのＶ　１
１の関数としての抽出負イオンＪ３よび電子流を示す。

第１０図に示すように、プラズマグリッド７４が２，５
ポル１へでバイアスされる場合、負イオン流に大きな変
化は牛しない。しかし、ＥｘＢ抑制装置を用いることに
Ｊ、つ（、電子流はほぼ５０のファクターで・低１・・
Ｊ−る、１ドリフトしでいる電子を捕集りるために抽出
孔の一端でプラズマグリッドに対して小さい剣金を設置
することによって、附加的電ｊｉ抑制が得られる。これ
ににり電子に対づ−る負イΔンの比がほぼ１になる。

上述した本発明の好適実施例は本発明の〜例を示すに過
ぎない。本発明は」−述した！ＩＩ’適実施例によって
制限されるもので【Ｊ′寿＜　、−１−３１した記載に
基づいて種々の態様（・本発明を実ｊＭすることができ
る。本発明の原理おＪ、び実際上の応用を最も良く説明
するため上述した実施例を選んで記述したのＣ゛あり、
これにより、当業者が種々の実施態様で本発明を利用し
、４ｊｊ定の用途に適する種々の変更をな（１ことを用
件にりる。

本発明の要旨は特許請求の範囲に記載されている通りで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるイオン源の部分的縦断面図；第
２図は、第１図の２−２線に沿う断面として示ザイオン
化容器の断面図；第３図は、永久磁石の一部およびこの
永久磁石を位置決めおよび冷却する管を示す第２図の３
−３線に沿う断面図：第４図は、本発明の一実施例にお
けるフィルタ作用磁場からの距離に対する磁場強さをプ
［ｊットしたグラフ；第５図は、第１図の５−５線に沿
う断面どしてプラズマおよび抽出器グリッドの詳細構造
を示づ°横断面図：第６図は、マスク板おにびプラズマ
グリッドを示ず第１図の６−６線に沿う断面図：第７ａ
図は、第６図の７ａ−７ａ線に沿う断面として抽出器グ
リッド素子および内部に永久磁石を位置決めしたプラズ
マグリッド素子を示すプラズマグリッドの断面図：第７
１）図は、導電性永久磁石材料で形成された別の実施例
によるプラズマグリッド素子を示す第７ａ図と同様の断
面図；第８８図ｄ５よび第８ｂ図は、強力な帽す一２リ
ウムコバル１−磁石フィルタにＪ、リイオン化セ１１域
ｉ１Ｊ　Ｊ＝　Ｄ’抽出帯域において（れぞれ１■ｌら
れるラングミコアブ［１−ブ特性を示すグラノ；負′）
９８図、９′！　９１）図おにび第９Ｃ図は、プラズマ
グリッド電圧の関数どしＣ強力な磁気フィルタに対ＩＪ
イ）抽出負水素イオン流、抽出電子流ＪｊＪ、び正−メ
Ａン流をそれぞれ示Ｊ−グラフ：　ｄ’３　Ｊ：び第１
０図は、強力な磁気フィルタおよび電子抑制器（、ニス
；１りるプラズマグリッド電圧の関数とし、（抽出（”
！（Δン〔１３Ｊ、び抽出電子流を示リグシフである。。１０・・・負イオン源、１２・・・容ｔ（））、′１／
１・・・負；、２０・・・ガス弁、３２・・・タンゲス
１ンフイラメント、３４・・・フィラメンｉ・ヒール−
電１１１＋！、３Ｇ・・・電子放出用電源、ｔｔ　Ｏ・
・・永久附イコ、５０・・・磁気フィルタアシレンブリ
、５２・・・５ト！ｌ芭、５４・・・整合用条溝、５６
・・・永久ト（ｋ石、５８・・・冷）、１１用通路、６
０・・・イオン化帯域、７０・・・抽出帯域、７２・・
・イオン抽出系、７４・・・プラスマグリッドアッセン
ブリ、７５・・・絶ｉ３、物、７０・・・導電性グリッ
ド部材、８０・・・抽出グリッドアッセンブリ、８２・
・・導電性抽出グリッド部材。特許出願人　　　　アメリカ合衆国式　　理　　人　　　　　　　尾　　股　　行　　雄Ｆ
ＩＧ、　１ＦＩＧ、４ＦＩＧ、６ ■　（不−レトノＶｂ（ネ゛・ｖ［）Ｖｂ（才゛−レト）Ｖｂ　　（ｉ−＋＋−）　）

Claims

【特許請求の範囲】１、中性分子および原子をイオン化りるための負イオン
源であって；内部に室が形成されており、かつ電子故山用陽極を形成
する部分を右覆る容器と；前記中性分子およびＩ京了召
イＡン化りる高エネルギーのイオン化用電子を放出する
放出装置と；前記高エネルギーイＡン化用電子にＪ、って生成された
イオン化粒子を含むイオン化帯域とイΔンおよび比較的
少数の；（：：；、１ネルギー電子を含む抽出帯域とに
前記室を分割りるにうに前記室を横切っ（゛延びる、高
エネルギー電子を反射しかつイオンを通過させる磁気フ
ィルタ装置と；前記抽出帯域に結合され、かつ前記室から負イオンを抽
出づ゛る電界をりえる〕こめに正にバイアスされた抽出
装置と；前記抽出帯域内のプラズマ電位を増加８μかつ抽出帯域
からの正イオンをはじいて抽出帯域内に存在する低エネ
ルギー電子の数を減少させ、その結果イオン源からの負
イオンの出力流から電子を抑制できるようにするために
、前記陽極に対して僅かに正バイアスされかつ前記抽出
帯域に隣接して配置されｌＪプラズマグリッドとからな
ることを特徴とづる負−イオン源。