JPS6037638A - Method of generating multicharge ions and ion source operating under pulse condition for enabling exeuction of same method - Google Patents

Method of generating multicharge ions and ion source operating under pulse condition for enabling exeuction of same method

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Publication number
JPS6037638A
JPS6037638A JP13503184A JP13503184A JPS6037638A JP S6037638 A JPS6037638 A JP S6037638A JP 13503184 A JP13503184 A JP 13503184A JP 13503184 A JP13503184 A JP 13503184A JP S6037638 A JPS6037638 A JP S6037638A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
ion source
oxygen
nitrogen
enclosure
Prior art date
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Pending
Application number
JP13503184A
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Japanese (ja)
Inventor
ベルナール ジヤツコ
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6037638A publication Critical patent/JPS6037638A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、多荷電イオンの生成方法ならびに該方法の実
行を可能にするパルス状条件下で作用する多荷電イオン
源に関する。本発明の方法は、生体臨床医学分野および
該物理分野に於て粒子加速装置のための故多くの用途が
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for producing multiply charged ions and to a source of multiply charged ions operating under pulsed conditions making it possible to carry out the method. The method of the invention therefore has many applications for particle accelerators in the biomedical and physical fields.

従来の技術 従来、多荷電イオンは、電子ザ・fクロト1コン共鳴イ
オン源、例えばミクし1マフイオス(micromaf
 1os)型電子つイクl’J l−L:IンJ(鳴イ
オン源中で、該イオン源の包囲体(cnclos旧′e
)中へイオン化されるべき中性原子で(j・1成される
ガスのみを導入することによって生成され(いる。電子
衝撃により、中性原子で(14成されるカスし、1、振
幅Bが電子ザイクIコトロン共11条イ′IB=2πf
− (ここで、fは電磁界の周波数、fTlは電子の質量、
eば電子の電荷である) を満足し、それに磁界が重畳されている高周波電磁界に
よって励起された超晶周波キャビティ内でイオン化され
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, multiply charged ions have been produced using electronic resonance ion sources, such as micromafios (micromaf).
In an ion source, the enclosure of the ion source (cnclos old)
) is produced by introducing only a gas in which (j. is the 11th article I'IB = 2πf for the electronic zaik I cotron
- (where f is the frequency of the electromagnetic field, fTl is the mass of the electron,
e is the electric charge of an electron) and is ionized in a hypercrystalline cavity excited by a high-frequency electromagnetic field on which a magnetic field is superimposed.

ミクロマソイオス型のイオン源、ならひに多イiiI電
イオンの生成方法に閏するこれ以」の9゛1細は、コミ
ソザリアタ・レネルギー・アトミークConaaI’E
nergie Atomique)が1980年2月1
31」に出願した特許第2.475,798号を参照さ
れたい。
Micromassios-type ion source, 9.1 details of ``This is an introduction to the generation method of multi-electron ions,'' are provided by Komisozariata Renergie Atomik ConaaI'E.
nergie Atomique) February 1, 1980
No. 2,475,798, filed in ``No. 31''.

かかるイオン源は1、約1秒の間隔で、数十ミクロ秒紺
続するイオン流パルスを必要とするたりであるある種の
粒子加速装置、例えばンンクIU l−ン型加速装置の
装備のため、短時間パルス型作用条件下で用いられうる
Such an ion source may require pulses of ion flow lasting several tens of microseconds, with an interval of about 1 second, or for equipping certain particle accelerators, such as the IU-Lon type accelerator. , can be used under short pulse type action conditions.

残念ながら、パルス型条件下でミクロマフィオス型イオ
ン源を用いるときに得られる電流利43および電荷状態
利得、すなわちイオン化度4j人体246にづ−ぎない
。しかし、これらのイオン源から取り出すことができる
多荷電イオン流の強度は、ある種の用途、特に生体臨床
医学分野お31、び粒子加速BB用には不十分である。
Unfortunately, the current gain 43 and charge state gain obtained when using a micromaphios type ion source under pulsed conditions, ie, the degree of ionization 4j human body 246, is limited. However, the intensity of the multi-charged ion streams that can be extracted from these ion sources is insufficient for certain applications, particularly in the biomedical field and for particle acceleration BB.

発明が解決しようとする問題点およびそれを解決するた
めの手段 本発明はこれらの欠点をなくすことを目的とする。この
ために、不発l9011、・fオン山(の−1−ヤビテ
ィ中へ導入される明らかに規定されたガス混合物の使用
を提供する。
Problems to be Solved by the Invention and Means for Solving the Problems The present invention aims to eliminate these drawbacks. For this purpose, it is proposed to use a clearly defined gas mixture which is introduced into the -1-yavity of the unexploded l9011, f-on mountain.

本発明は、特に、パルス状条件下で作用するイオン源の
包囲体中へλり人される炭素、窒素、酸素、ネオン、ア
ルゴン、クリプI・ンを含む群から選ばれる元素で構成
される第1ガスのイオン化による多荷電イオンの生成方
法であって、該イオン源包囲体中へ、炭素(C02から
i:Iられる)または窒素または酸素またはネオンの中
11:J+l /、を・イオン化させたいときにはヘリ
ウノ、でありが゛つアルゴンまたはクリプトンの中性原
子を・rオン化さ−lたいときには窒素または酸素であ
る第2ガスをも光り人する生成方法に関する。
In particular, the present invention is comprised of elements selected from the group comprising carbon, nitrogen, oxygen, neon, argon, cryopreion, which are introduced into the enclosure of the ion source operating under pulsed conditions. A method for producing multi-charged ions by ionizing a first gas, the method comprising ionizing 11:J+l / in carbon (C02 to i:I) or nitrogen or oxygen or neon into the ion source enclosure. The present invention relates to a production method in which a neutral atom of argon or krypton, which is useful when necessary, is ionized with a second gas, which is nitrogen or oxygen, when desired.

イオン化されるべきガン・\の第2ガスの添加によって
、生成されるイ」7615強度を、イオン化されるべき
ガスのみの使用と比べて約10倍に増加することができ
る。
The addition of a second gas in the gun to be ionized can increase the intensity of the produced I'7615 by a factor of about 10 compared to the use of only the gas to be ionized.

本発明の方法の1つの好ましい実施の態1;りによれば
、第1ガスは炭素または窒素またはネオンまたはアルゴ
ンの中性原子で4’R成され、第2ガス番、1、ガス混
合物の分圧で45〜55%の間で変わる比率で包囲体中
へm人される。好ましくGコ、この比率は約50%であ
る。
According to one preferred embodiment 1 of the method of the invention, the first gas is composed of 4'R carbon or nitrogen or neon or argon neutral atoms, and the second gas number 1 is of the gas mixture. m people are introduced into the enclosure at a rate varying between 45 and 55% in partial pressure. Preferably, the ratio is about 50%.

本発明のもう1つの好ましい実施のずフ様によれば、第
1ガスがクリプトンでありかつ第2ガスが酸素であり、
分圧で94.5〜95.5%の酸素を含むガス混合物が
用いられる。
According to another preferred embodiment of the present invention, the first gas is krypton and the second gas is oxygen,
A gas mixture containing 94.5-95.5% oxygen in partial pressure is used.

本発明は、パルス型条件下で作用しかつ多イ;:ノ電イ
オン生成方法の実行を可能にするインjン源であって、
一方が第1ガス用導入[−1でありかつ他力が圧力指示
計および信号増幅器を組込んだ制御ループによる包囲体
内圧力測定用に用いられる右をfliilえた第2ガス
用専入口である2個のガスえり人11に連結した包囲体
を含むイオン源にも関ジる。
The present invention is an input source that operates under pulsed conditions and makes it possible to carry out a method for generating multiple electrical ions, comprising:
One side is the inlet for the first gas [-1, and the other side is the exclusive inlet for the second gas, which is used for measuring the pressure inside the enclosure by a control loop incorporating a pressure indicator and a signal amplifier. It also relates to an ion source comprising an enclosure connected to a gas evaporator 11.

1つの好ましい実施の態様によれば、多(i:■電イオ
ン源は電子リイクロトUン共1!θイオン源であり、イ
オン化は超高周波キャビティ内で起こる。
According to one preferred embodiment, the electronic ion source is a multi-electronic 1!θ ion source, and ionization occurs within an ultra-high frequency cavity.

図面および好ましい実施態様の説明 本発明の特徴および利益は、本発明による多荷電イオン
源の包囲体の実施のf声イnの概略を示す添何図面に関
する以下の限定的でない実施の態様の説明から理解され
るはずである。
DRAWINGS AND DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS The features and advantages of the invention are illustrated in the following non-limiting description of embodiments with reference to the accompanying drawings, which schematically illustrate the implementation of an enclosure for a multi-charged ion source according to the invention. It should be understood from this.

電子サイクルトロン共1!(1ミクし1マフイオス型の
多荷電イオン源についCの経験により、該イオン源を短
時間パルス状条件(−2Ti秒約50ミクロ秒)下で用
いかつ炭素または酸素または窒素またはネオンの中性原
子のイオン化にはヘリウJ、を、かつアルゴンまたはク
リプトンの中1″1°原子の・fオン化には窒素または
酸素を・イオンij;1、の超I:’:1周波キャビテ
ィ中へ心入するとき、荷電状!1ドとイオン流性能(c
urrcnL performance)とを分子rr
++できるこきがわかった。
Electronic cycle tron and 1! (C's experience with multi-charged ion sources of the 1 mic and 1 mafiosic type has shown that the ion source is used under short pulsed conditions (-2Ti seconds approximately 50 microseconds) and neutralization of carbon or oxygen or nitrogen or neon. Heliu J for ionization of atoms and nitrogen or oxygen for ionization of 1″1° atoms in argon or krypton. When entering, the state of charge and ion flow performance (c
urrcnL performance) and the molecule rr
++I found out what I can do.

炭素または窒〃;または酸素まノこむ、1イ、オンの原
子のイオン化のためには、分圧で11,5〜55%のヘ
リウム、好ましくは50%のへり・’ノJ、を含むガス
混合物を使用することが有利である。同+Xt C,:
、アルゴンの中性原子のイオン化のためには、分圧で4
5〜55%の酸素または窒素、好ましくは50%の酸素
または窒素を含むガス混合物を使用することが有利であ
る。
For the ionization of atoms of carbon or nitrogen; It is advantageous to use mixtures. Same + Xt C,:
, for the ionization of neutral atoms of argon, the partial pressure is 4
It is advantageous to use gas mixtures containing 5 to 55% oxygen or nitrogen, preferably 50% oxygen or nitrogen.

分圧で50:50の比率のガス混合物が注入しであるイ
オン源から取り出される炭素、窒素、酸素、ネオン、ア
ルゴンのイオン流強艮を下に表の形で示す。
The ion flow dynamics of carbon, nitrogen, oxygen, neon, and argon are shown in tabular form below, where a gas mixture in a ratio of 50:50 in partial pressures is injected and withdrawn from an ion source.

クリプトン原子のイオン化には、分圧で94.5〜95
.5%の酸素を含むガス混合物を使用するのが有利であ
る。例えばクリプトン5%と酸素95%とを含むガス混
合物では、20 II AのHrIl+流と1μAのに
、、1114流とを得ることができる。
For ionization of krypton atoms, the partial pressure is 94.5 to 95
.. Preference is given to using a gas mixture containing 5% oxygen. For example, with a gas mixture containing 5% krypton and 95% oxygen, a HrIl+ current of 20 II A and 1114 flows of 1 μA can be obtained.

取り出されるイオン流強度のこのようなj+%い植は、
先行技術のイオン源によゲ(IJ二成される低いイオン
流では企画できなかった応用をi’J fit:にする
Such a j+% increase in the extracted ion flow strength is
The i'J fit: allows applications that could not be planned with the low ion flow produced by prior art ion sources.

かくして、例えば、1pAのN”流は癌の治療のような
生体臨床医学的応用に所要であるが、1r)1充イオン
化後、3μAのAr++2流は同じ生体臨床医学的応用
が可能である。100μへの0 ゛6流レベルは、ある
イ千の核物理加速装置のために広く要求されている。
Thus, for example, a 1 pA N'' flow is required for biomedical applications such as cancer treatment, whereas a 3 μA Ar++2 flow after 1r) 1 charge ionization is capable of the same biomedical applications. 0.6 current levels to 100μ are widely required for some thousand nuclear physics accelerators.

添付図面には、超高周波出力パルスがイオンシェフター
2によって導入されるイオン源包囲イ(,1が示してあ
る。包囲体は2つのガス−19人Ll :3.4に連結
されており、]っは?jX合物の第1ガス゛jなわちイ
オン化されるべきガスのろ0人1゛1であり、イ)う1
つは包囲体内の圧力の指示n−t Gならびり、11;
j、号増幅器を組め込んだ制御ループに、)、2.て包
囲体1内の圧力を測定するために用いられる弁5を#i
&えている。
The accompanying drawing shows an ion source enclosure (1) in which the ultra-high frequency power pulses are introduced by an ion shefter 2. The enclosure is connected to two gases - 19 Ll:3.4; ] Huh?j The first gas of the
One is an indication of the pressure inside the enclosure n-t G, 11;
), 2. The valve 5 used to measure the pressure inside the enclosure 1 is #i
& is getting.

弁5し才包囲体中へ導入されるカス/fX合物の成分の
比率を保311する。′i?1子リーイクIJトロン共
1r5イオン源の超高周波−1−ヤビティが示されてい
るが、イオン源は他の型のものでもよい。
The valve 5 maintains the ratio of the components of the dregs/fX compound introduced into the enclosure. 'i? Although the very high frequency -1-yavity of a single leakage IJ tron and 1r5 ion source is shown, the ion source may be of other types.

キャビティ内でプラズマを発生さ・ける方法は、ガス混
合物の導入から牛しるイオンイlj;jのイオン流の増
加および電(’tニア状態性11)二(、こ(、J何ら
影響シない。
The method of generating a plasma in the cavity is based on the introduction of a gas mixture, an increase in the ion flow of the ions, and an increase in the ion flow of the ions (lj; .

イオン源の作用に適合していれば、包囲体はシンダムな
形をもつごとがでさ、ガス勇人[」は例えばキャビティ
の両端にあっても、あるいはキャビティの壁」二にあっ
てもよい。
If it is compatible with the action of the ion source, the enclosure may have a sinister shape, and the gas cylinders may be located, for example, at either end of the cavity or on the walls of the cavity.

第2ガスが分圧で50%の・\す・“ツノ・である場合
には、指示性能をj:)るために、約2[101(の低
温ポンプが必要である。この41、k度でシ1.・\リ
ウムボンビング速度は零である。
When the second gas has a partial pressure of 50%, a cryogenic pump of approximately 2 [101 (41, k) is required to increase the indicating performance. In degrees, the cylinder bombing speed is zero.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は、本発明による電子サイクロトロン共鳴多イーi
電イオン源のjつの実施の17M柱を示す。 図面番号の説明 1・・・イオン、原色囲体、2・・・インジェクター、
;う・・・ガス尋人口、4・・・ガス導入口、5・・・
弁、6・・指示計。
The drawing shows an electron cyclotron resonance multi-E i according to the present invention.
17M columns of two implementations of a power ion source are shown. Explanation of drawing numbers 1...Ion, primary color enclosure, 2...Injector,
; U...Gas population, 4...Gas inlet, 5...
Valve, 6... Indicator.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)パルス状条件下で作用するイオン源の包囲体中へ
導入される炭素、窒素、酸素、ネオン、アルゴン、クリ
プトン、を含むmからJKぽれる元素によって構成され
る第1ガスのイオン化による多荷電イオンの生成力法で
あって、該イオン源包囲体中へ、炭素または窒素ま′f
、:は酸素またはネオンの中性原子をイオン化さ・已た
いときにはヘリウムでありかつアルゴンまたはクリ1ト
ンの中性原子をイオン化さ−Uたいときには窒素または
酸素である第2ガスをも)、+7人する生成方法。
(1) By ionization of a first gas composed of elements including carbon, nitrogen, oxygen, neon, argon, and krypton, which are introduced into the envelope of the ion source operating under pulsed conditions. A multi-charged ion generation method in which carbon or nitrogen gas is introduced into the ion source enclosure.
, : ionizes a neutral atom of oxygen or neon, which is helium when you want it, and also a second gas that is nitrogen or oxygen when you want to ionize a neutral atom of argon or chlorine), +7 How to generate people.
(2)第1ガスが炭素または窒素または酸素またはネオ
ンまたはアルゴンの中性原子によっ−C構成され、第2
ガスをガス混合物のガハで45〜55%の比率で包囲体
中へ嗜人する、特許請求の範囲第il+項記載の方法。
(2) The first gas is composed of -C by neutral atoms of carbon, nitrogen, oxygen, neon, or argon, and the second gas is
A method according to claim 1+, wherein the gas is introduced into the enclosure in a proportion of 45 to 55% of the gas mixture.
(3)比率が約50%である、特許請求の範囲項記載の
方法。
(3) The method according to the claims, wherein the ratio is about 50%.
(4)第1ガスがクリプトンでありかつ第2ガスが酸素
であり、分圧で94.5〜95.5%の酸素を含むガス
混合物を用いる、特許請求の範囲第(0項記載の方法。
(4) The method according to claim 0, wherein the first gas is krypton, the second gas is oxygen, and a gas mixture containing 94.5 to 95.5% oxygen in partial pressure is used. .
(5)特許請求の範囲第(11項記載の方法の実fiを
iiJ能にするパルス状条件下で作用する多行′;シイ
オン源であって、一方は第lガス用人q人1−」であり
、他方は圧力指示計と信号増幅器とをSJtの込んだ制
御ルーブによる包囲体内圧力の/llll定川のブr用
備えた第2ガス用の導入口である2つのガス2ワ入口へ
連結された包囲体を有する多イ:;1電イオン源。
(5) Claim No. 1 (a multi-line ion source operating under pulsed conditions to enable the implementation of the method according to claim 11); On the other hand, a pressure indicator and a signal amplifier are connected to the two gas inlets, which are the inlet ports for the second gas provided for controlling the pressure inside the enclosure by the control loop containing the SJt. Multi-voltage ion source with connected enclosures.
(6)多イRj電イオン源が電子ザイクrr l−1:
Iン共1!(1イオン源でありかつイオン化が超高周波
キャビティ内で起こる、特許請求の範囲第(5)項記載
の多荷電イオン源。
(6) Multi-Rj ion source is electronic zaik rr l-1:
In both 1! (The multi-charged ion source according to claim (5), which is a single ion source and ionization occurs within an ultra-high frequency cavity.
JP13503184A 1983-06-30 1984-06-29 Method of generating multicharge ions and ion source operating under pulse condition for enabling exeuction of same method Pending JPS6037638A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8310862A FR2548436B1 (en) 1983-06-30 1983-06-30 PROCESS FOR PRODUCING MULTI-LOAD HEAVY IONS AND ION SOURCES IN PULSE RATE, ALLOWING THE IMPLEMENTATION OF THE PROCESS
FR8310862 1983-06-30

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JP13503184A Pending JPS6037638A (en) 1983-06-30 1984-06-29 Method of generating multicharge ions and ion source operating under pulse condition for enabling exeuction of same method

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DE (1) DE3473966D1 (en)
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EP0130907A1 (en) 1985-01-09
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