JPS62140398A - 磁場発生装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は荷電粒子の輸送に適合する磁場発生装置に関す
る。

（従来の技術） 荷電粒子を所定の空間に閉じ込め輸送する技術の一例と
して複数の空芯コイルによって多段のミラー磁場の壁を
作りこの磁場の壁によって荷電粒子を輸送する技術が知
られている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した多段のミラー磁場によって荷電粒子を閉じ込め
輸送する場合に以下の様な問題が生じる。

第２ａ図は、従来の多段ミラー型磁場発生装置を用いた
荷電粒子輸送の一例を示す側断面図であり、第２ｂ図は
その磁場強度分布を示す図である。

第３ａ図および第３１）図に第２ａ図および第２ｂ図の
部分拡大図を示し、従来例を詳述する。

この従来例においてはＺ軸」二の一端Ｉから他方端Ｈの
方向に荷電粒子の輸送が行われる。この時、磁場強度は
Ｚ軸−にの位置２＝２．　、２．、において７し小値Ｂ
。であり、２＝２．．２．、で高い磁場強度Ｂ１　を取
る。この様な磁場配位中の荷電粒子の速度Ｖが磁場に対
してなす旋回角をθ、速度Ｖの磁場に平行成分をＶ、／
；垂直成分をＶ□とするとＶ１／Ｖ／／　　ｔａｎθ であり、またＷ（−Ｗ／／＋Ｗ□）を粒子の全運動エネ
ルギーとすれば、磁気モーメントμは、μ＝　　−−５
ｉｎ２θ で５．えられる。従って、上式においてＷとμが一定に
保たれることから Ｒ１ をｆ４）る。ここで添字Ｏ及び１は各々Ｚ軸上の位置Ｚ
ｏ及びＺｌ　上の物理攪を示す。

Ｂ。

この様は従来例において□５ｉｎ２θ。が１より。

り大きい場合、旋回運動をしながら右の方へ流れている
粒子はθの値が次第に大きくなり遂にＢ　ｏ＋ −ｓ　ｉ　ｎ　２θ。−１を満足するθ。−９０’でＢ
。

Ｖ／／＝Ｏとなり、そこから左の方向■に帰って行く　
。

粒子の旋回角θ。が小さく　、５ｉｎ２θ。くＩＢ。

の場合、粒子はＺ軸方向に輸送できる。ずなわぢ荷電粒
子が３１　を通り抜けることができるための最大旋回角
θ１．は で与えられ、速度ベクトルが０１．を頂角とする円錐内
に入らない粒子はＢ、を通ってＺ軸方向に輸送できない
。

この様に従来の多段ミラー型磁場発生装置の荷電粒子の
輸送への適用は、非常に効率の悪いものであった。

本発明の目的はプラズマ等の荷電粒子を効率的に輸送で
きる磁場発生装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的は、荷電粒子輸送における上流側から下流側へ
、荷電粒子輸送方向の磁場強度が漸減する、磁場発生装
置により達成される。

（作　用） の条件が常に荷電粒子に対し満足される。

（効　果） 磁気鏡がなくなるため、入射又は生成された荷電粒子は
効率よく輸送できる。

（実施例） 第１ａ図は本発明による磁場発生装置を多投ミラー型磁
場発生装置に適用した第１の実施例であり、磁場発生用
の空芯コイル２１〜２５がＺ軸上に配列される。Ｚ軸上
の磁場強度は第１ｂ図に示されるように２＝２２６から
２２１の方向に漸減しており、例えばＺ−Ｚ２ｏに導入
された荷電粒子はスムーズに２２１の方向に輸送される
。

第４図は本発明による第２の実施例であり、複数の永久
磁石よりなる磁極ｌａ、ｌｂ・・・・・・が極性を交互
にしてかつ間隔を有して、らせん」二に配置している。

その時、磁極の配置されたらせんのピッチを変化させた
り又は磁極の磁場強度を変化させたり；又はその両者を
重畳するこよにより方位角方向の磁場強度を一定に保っ
たまま、Ｚ軸方向の磁場Ｂ２を八からＥの方向に漸減で
きる。その結果、荷電粒子は方位角方向に形成されるマ
ルチ・カスプ磁場により安定に閉じ込められ軸方向にス
ムーズに輸送できる。

第５図は木胤明による第３の実施例であり、複数の永久
磁石よりなる磁極ｌ　＋ｉ、１ｂ・・・・・・が極性を
交互にしてかつ間隔を有して、可撓性材料からなる円筒
状の支持体、具体的にはベロー円筒５０の上に引かれる
らせん」二に付着されている。その時、らせんのピッチ
を変′化させたり又は磁極の磁場強度を変化させたり；
又はその両者を重畳することにより方位角方向の磁場強
度を一定に保ったまま、Ｚ軸方向の磁場Ｂ２を八からＢ
の方向に漸減できる。

第６図は本発明による第４の実施例であり、円筒状永久
磁石材料１０の内周面に複数の帯状磁極２ａ、２ｂ・・
・・・・が極性を隣接する磁石間で交互となって設けら
れている。又各磁極２ａ、２ｂ・・・・・・の間には磁
化Ｏである中性領域３ａ、３ｂ・・・・・・が設けられ
ている。さらに、各磁極は磁性材料１０の中心軸にたい
して所定の角度傾いている。

その時、各磁極の磁性材料１０の中心軸に対する角度を
変化させたり、又は帯状磁極の磁場強度を軸方向に変化
させたり、又は帯状磁極の断面積を軸方向に変化させた
り；又はそれらを重畳することにより方位角方向の磁場
強度を一定に保ったままＺ軸方向の磁場Ｂ２をΔからＢ
の方向に漸減できる。

第７図は、本発明による第５の実施例であり、極性を隣
接する磁石間で交互となる複数の磁極１ａ、１ｂ・・・
・・・が径の漸減する支持体４０のらせん」−に間隔を
有して配置されている。

その時、らせんのピッチを変化させたり、又は磁極の磁
場強度を変化させたり；又はその両者を重畳することに
よりＺ軸方向の磁場Ｂ７を八がらＢの方向に漸減できる
。この時荷電粒子を閉じ込めているマルチ・カスプ磁場
の断面積が軸方向に減少するが、それに伴って荷電粒子
の密度も変化し、径方向の粒丁−圧力も変化する。径方
向磁場強度Ｂｒ　は径方向の粒子圧力とＢｒ　の和が一
定になる様に変化させてやる必要がある。この結果荷電
粒子束の径を所望の値に可変である。

第８図は、本発明に、１；る第（ｊの実施例であり、可
撓体からなる経の漸減する円筒状支持体６０のらせん上
に、極性を隣接する磁石間で交互となる複数の磁極］ａ
、ｌｂ・・・・・・が個性されている。

その時、らせんのピッチを変化させたり、又は磁極の磁
場強度を変化させたり；又はその両者を重畳することに
よりＺ軸方向の磁場Ｂ２を八からＢの方向に漸減できる
。°この時第７図の実施例の場合と同様に、荷電粒子を
閉じ込めているマルチ・カスプ磁場の断面積が軸方向に
減少するが、それに伴って荷電粒子の密度ら変化し、径
方向の粒子圧力も変化する。径方向磁場強度Ｂ、は径方
向の粒子圧力とＢ、の和が一定になる様に変化させる必
要がある。この様な配位の結果荷電粒子束の径が所望す
る値に可変でき、更に可撓体のＢ側の先１喘を動かずこ
とにより所望の方向に粒子束を輸送できる。

第９図は、本発明による第７の実施例であり、径の漸減
する円筒状永久磁石材料１０の内周面に帯状磁極２ａ、
２ｂ・・・・・・が極性を隣接する磁石間で交互となっ
て設けられている。又各磁極２ａ１２ｂ・・・・・・の
間には磁化Ｏである中性領域３ａ１３ｂが設けられてい
る。さらに、各磁極は磁性材料１０の中心軸に対し所定
の角度傾いている。

その時、各磁極の磁性材料１０の中心軸に対する角度を
変化させたり、又は帯状磁極の磁場強度を軸方向に変化
させたり、又は帯状磁極の断面積を軸方向に変化させた
り；又はそれらを重畳することによりＺ軸方向の磁場Ｂ
２をＡからＢの方向に漸減できる。この時、荷電粒子を
閉じ込めているマルチ・カスプ磁場の断面積が軸方向に
減少するが、それに伴って荷電粒子の密度も変化し、径
方向の粒子圧力も変化する。径方向磁場強度Ｂｒは径方
向の粒子圧力とＢｒ　の和が一定になる様に変化させて
やる必要がある。　なお、実施例２．３．５．６におい
て磁極の幾何学的大きさを変化させることにより、又は
上述した手段にこの方法を重畳させることにより効果的
に目的を達成できる。

第１０図は、本発明の磁場発生装置を適用したイオン注
入装置の部分概略図である。本発明の磁場発生装置４は
イオン源５を包囲するように設置させている。従って、
フィラメント６と電極７とによって発生されたプラズマ
は確実にイオン源５内に保持されるとともに、イオン引
出電極８によって下流側へ効率よく輸送放出される。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ゛図は本発明の第１実施例の概略
図および磁場強度分布を示す図、第２ａ図、第２ｂ図、
第３ａ図および第３ｂ図は荷電粒子の輸送を説明するた
めの説明図、第４図は本発明の第２実施例の概略図、第
５図は本発明の第３実施例の概略図、第６図は本発明の
第４実施例の概略図、第７図は本発明の第５実施例の概
略図、第８図は本発明の第６実施例の概略図、第９図は
本発明の第７実施例の概略図、第１０図は本発明の磁場
発生装置を適用したイオン注入装置の部分概略図。 図中１ａ、１ｂ・・・・・・ＩＺ・・・・・磁石、４・
・・・・・本発明の磁場発生装置、５・・・・・・イオ
ン源、８・・・・・イオン引出電極、 ２０〜３２・・・・・・磁場発生用空心コイル。 １■ 第１ｏ図 第２ｏ図 第３０図 第３ｂ図 ＺＯｚｉ 第　４　図 Ａ 第５図 第６図 第７図 第８図 Ａ 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 荷電粒子を輸送する方向の磁場成分を有する磁力線を形
   成する磁場発生装置において、 荷電粒子輸送における上流側から下流側へ、荷電粒子輸
   送方向の磁場強度が漸減している磁場発生装置。