JPS62213043A - イオン源装置 - Google Patents
イオン源装置Info
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- JPS62213043A JPS62213043A JP5466786A JP5466786A JPS62213043A JP S62213043 A JPS62213043 A JP S62213043A JP 5466786 A JP5466786 A JP 5466786A JP 5466786 A JP5466786 A JP 5466786A JP S62213043 A JPS62213043 A JP S62213043A
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- ionization chamber
- circuit system
- ion source
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- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 55
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- 101150051333 tauD gene Proteins 0.000 abstract 1
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (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。
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、イオン源装置に関し、特に、ヘリウム（Ｈｅ
）又はそれよりも原子番号の大きいイオン化された原子
を加速する重イオン加速器に用いられる重イオン源装置
に関する。
）又はそれよりも原子番号の大きいイオン化された原子
を加速する重イオン加速器に用いられる重イオン源装置
に関する。
重イオン加速器では、イオンの加速を電場を用いて行っ
ている。このとき、加速によるイオンエネルギーの利得
Ｇは、電場の強さＥとイオンのイオン価数Ｉの積に比例
する（Ｇ■Ｅ・工）。従って。
ている。このとき、加速によるイオンエネルギーの利得
Ｇは、電場の強さＥとイオンのイオン価数Ｉの積に比例
する（Ｇ■Ｅ・工）。従って。
例えば、一定強度の電場のもとでは、荷電数の大キイイ
オン程、イオンエネルギの利得が犬きくなる。つまり２
重イオンビームの出力エネルギーが高くなる。
オン程、イオンエネルギの利得が犬きくなる。つまり２
重イオンビームの出力エネルギーが高くなる。
まだ１重イオン加速器には電場や磁場を利用して荷電粒
子の偏向や集束を行う装置が含まれている。このとき、
荷電質量比の太きいもの程、電場や磁場の効果を大きく
受ける。それ故９重イオン加速器において、多価イオン
を発生する重イオン源装置を用いることが極めて有用で
ある。
子の偏向や集束を行う装置が含まれている。このとき、
荷電質量比の太きいもの程、電場や磁場の効果を大きく
受ける。それ故９重イオン加速器において、多価イオン
を発生する重イオン源装置を用いることが極めて有用で
ある。
従来、この種の重イオン源装置としては、■ＰＩＧ （
Ｐｅｎｎｊｎｇ ｏｒ Ｐｈ１ｌｉｐｓ Ｉｏｎ Ｇａ
ｕｇｅ ）型、■デュオプラズマトロン（Ｄｕｏｐｌａ
ｓｍａｔｒｏｎ ）型、■ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ ）型、■Ｅ
ＢＩＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｉｏｎ ５ｏｕ
ｒｃｅ ）型、■レーザ（Ｌａｓｅｒ ）型、■真空ス
ノ８−り（Ｖａｃｕｕｍ ５ｐａｒｋ ）型、■イクス
ゾローディングワイヤ（Ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ Ｗｉｒｅ
）型など多くの型のものが知られている。
Ｐｅｎｎｊｎｇ ｏｒ Ｐｈ１ｌｉｐｓ Ｉｏｎ Ｇａ
ｕｇｅ ）型、■デュオプラズマトロン（Ｄｕｏｐｌａ
ｓｍａｔｒｏｎ ）型、■ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ ）型、■Ｅ
ＢＩＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｉｏｎ ５ｏｕ
ｒｃｅ ）型、■レーザ（Ｌａｓｅｒ ）型、■真空ス
ノ８−り（Ｖａｃｕｕｍ ５ｐａｒｋ ）型、■イクス
ゾローディングワイヤ（Ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ Ｗｉｒｅ
）型など多くの型のものが知られている。
次に、イオン源装置の原理について説明する。
先ず、原子は、電子や光子との衝突によって原子内束縛
電子が剥ぎ取られてイオン化する。また。
電子が剥ぎ取られてイオン化する。また。
外部の電磁場によって束縛電子自体がイオン化エネルギ
ー以上のエネルギーを与えられて原子外に飛び出す。こ
れが、イオン発生の素過程である。
ー以上のエネルギーを与えられて原子外に飛び出す。こ
れが、イオン発生の素過程である。
こうしてできたイオンが更に引き続いて電子や光子と次
々に衝突を繰り返す二次以上の過程を経て荷電数が増大
したり、ある場合には減少して種々の荷電数のイオンが
できる。このような二次以上の過程には、電子や光子ば
かりでなく原子や発生したイオンもまた寄与する。
々に衝突を繰り返す二次以上の過程を経て荷電数が増大
したり、ある場合には減少して種々の荷電数のイオンが
できる。このような二次以上の過程には、電子や光子ば
かりでなく原子や発生したイオンもまた寄与する。
従って、イオン源装置は、基本的にはイオンとなる原子
と、原子を電離するに足る十分なエネルギーの電子や光
子を供給する装置で構成される。
と、原子を電離するに足る十分なエネルギーの電子や光
子を供給する装置で構成される。
元素や化合物で常温、常圧で気体として存在するものは
、その原子やそれに含まれる原子や分子をイオン化して
直接そのイオンを得るか、または他の物質の元素のイオ
ンを得るための補助的手段として用いられることが多い
。従って、イオン源装置を構成する気体（ガス）供給ま
たは導入システムは２重要な役割を担っている。
、その原子やそれに含まれる原子や分子をイオン化して
直接そのイオンを得るか、または他の物質の元素のイオ
ンを得るための補助的手段として用いられることが多い
。従って、イオン源装置を構成する気体（ガス）供給ま
たは導入システムは２重要な役割を担っている。
従来の上述した種々の型の重イオン源装置では。
いずれも、ガス供給回路システムにガスの流量または圧
力を調整するバルブが組み込まれている。
力を調整するバルブが組み込まれている。
このガス供給システムによって、要求される荷電数のイ
オン量が最大となるように、イオン源装置のイオン化室
内のガス圧（流量）が制御される。
オン量が最大となるように、イオン源装置のイオン化室
内のガス圧（流量）が制御される。
但し、従来の装置では、イオン化室内のガス圧（流量）
はガス供給回路システムを通じて定常的な流れによって
供給されるガスの定常流量を調整することによって制御
される。即ちイオン化室内のガス圧が時間的に変化しな
い適当な一定の値（定常値）に保たれるように制御され
ている。
はガス供給回路システムを通じて定常的な流れによって
供給されるガスの定常流量を調整することによって制御
される。即ちイオン化室内のガス圧が時間的に変化しな
い適当な一定の値（定常値）に保たれるように制御され
ている。
ところで、多価イオンの発生率は、イオン化室内でのガ
ス圧に大きく依存することが知られている。というのは
、上述した二次以上の衝突過程での電子の再結合の確率
が、ガス圧に依存するからである。一般に、イオン化室
内でのガス圧が低くなると多価イオンの発生率が増大す
る傾向がある。
ス圧に大きく依存することが知られている。というのは
、上述した二次以上の衝突過程での電子の再結合の確率
が、ガス圧に依存するからである。一般に、イオン化室
内でのガス圧が低くなると多価イオンの発生率が増大す
る傾向がある。
一方、イオン化室内でのガス圧が低くなりすぎると、イ
オンの発生機構そのものが不安定となる。
オンの発生機構そのものが不安定となる。
その為に、従来のイオン化室内のガス圧（流量）が時間
的に変化しないようなやり方で制御するガス供給システ
ムを有する重イオン源装置では、上述した相反性のため
、多価イオンの発生率を上げて且つ安定に取シ出すこと
が困難になるという欠点がある。
的に変化しないようなやり方で制御するガス供給システ
ムを有する重イオン源装置では、上述した相反性のため
、多価イオンの発生率を上げて且つ安定に取シ出すこと
が困難になるという欠点がある。
従って９本発明の目的は、従来の相反条件から来る欠点
を克服して、多価イオンを多量に且つ安定に得ることが
できる重イオン源装置を提供することにある。
を克服して、多価イオンを多量に且つ安定に得ることが
できる重イオン源装置を提供することにある。
本発明によるイオン源装置は、ヘリウム又はそれよりも
原子番号の大きい元素の原子またはこの原子からできて
いる分子からなるガスをイオン化するためのイオン化室
と、このイオン化室内へ上記ガスを供給するためのガス
供給回路システムと。
原子番号の大きい元素の原子またはこの原子からできて
いる分子からなるガスをイオン化するためのイオン化室
と、このイオン化室内へ上記ガスを供給するためのガス
供給回路システムと。
上記イオン化室内のがスを排気するためのガス排気回路
システムと、このガス排気回路システムを介して上記イ
オン化室内のガスを排気する排気ポンプとを有するイオ
ン源装置において、上記ガス供給回路システムが上記ガ
スを上記イオン化室内へパルス的に供給し、上記イオン
化室内のガス圧をパルス的な過渡特性を繰り返し示すよ
うに変化させるための高速パルプを含むことを特徴とす
る。
システムと、このガス排気回路システムを介して上記イ
オン化室内のガスを排気する排気ポンプとを有するイオ
ン源装置において、上記ガス供給回路システムが上記ガ
スを上記イオン化室内へパルス的に供給し、上記イオン
化室内のガス圧をパルス的な過渡特性を繰り返し示すよ
うに変化させるための高速パルプを含むことを特徴とす
る。
以下２本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
第１図を参照して、ヘリウム又はそれよりも原子番号の
大きい元素の原子またはこの原子からできている分子か
らなるガスは、ガス供給回路システム１を通してイオン
化室２内に供給される。このガス供給回路システム１に
は、速いタイミングで正確に微小動作する高速バルブ３
をはじめとして、ガスをパルス化するために必要な装置
が含まれている。高速バルブ３とイオン化室２とは導入
ダクト（導入口を含む）ｌａを介して接続されている。
大きい元素の原子またはこの原子からできている分子か
らなるガスは、ガス供給回路システム１を通してイオン
化室２内に供給される。このガス供給回路システム１に
は、速いタイミングで正確に微小動作する高速バルブ３
をはじめとして、ガスをパルス化するために必要な装置
が含まれている。高速バルブ３とイオン化室２とは導入
ダクト（導入口を含む）ｌａを介して接続されている。
ガス供給システム１よりイオン化室２内へ供給された・
ぐルス化ガスは、イオン化室２で・ぐルス的ながス圧の
過渡特性を繰り返し示すために十分大きなコンダクタン
スをもつガス排気回路システム（排気口と排気ダクトを
含む）４を介し、充分な能力をもつ排気ポンプ５全通し
て排気される。
ぐルス化ガスは、イオン化室２で・ぐルス的ながス圧の
過渡特性を繰り返し示すために十分大きなコンダクタン
スをもつガス排気回路システム（排気口と排気ダクトを
含む）４を介し、充分な能力をもつ排気ポンプ５全通し
て排気される。
次に、第１図に示したイオン源装置において。
高速バルブ３が速いタイミングで正確に微小動作してパ
ルス化ガスを発生したときの、イオン化室２内での・ぐ
ルス的な過渡特性を考察する。この場合、以下に述べる
典型的なモデルを仮定する。
ルス化ガスを発生したときの、イオン化室２内での・ぐ
ルス的な過渡特性を考察する。この場合、以下に述べる
典型的なモデルを仮定する。
高速バルブ３によって作られるガスパルスは。
時間幅Ｔ、正圧力大きさＰＯの矩形波とする。このガス
パルスが、コンダクタンスＣ，の導入ダク）１ａを通し
て、容積Ｖのイオン化室２に導かれ。
パルスが、コンダクタンスＣ，の導入ダク）１ａを通し
て、容積Ｖのイオン化室２に導かれ。
コンダクタンスＣ２のガス排気回路システム４を経て排
気ポンプ５で排気される。ここで、排気デンゾ５の能力
は充分大きく、ポンプヘッドの真空度はイオン化室２の
それに比べて充分大きいとする。従って、ガス排気回路
システム４の出口でのガス圧は、ゼロであるとする。
気ポンプ５で排気される。ここで、排気デンゾ５の能力
は充分大きく、ポンプヘッドの真空度はイオン化室２の
それに比べて充分大きいとする。従って、ガス排気回路
システム４の出口でのガス圧は、ゼロであるとする。
このとき、イオン化室２の圧力Ｐ （ｔ）は１次の式で
表わされる。
表わされる。
（０くｔ＜：Ｔのとき）
Ｐ （ｔ） −Ｐ （Ｔ）−ｅ”−””τＤ”” ｃ、
− （ｔ）Ｔのとき） これを図示すると、第２図（ａ）に示されるようになる
。イオン化室２でのガス圧Ｐ （ｔ）の立上り時間（０
くｔ≦Ｔ）Ｋおける時定数τＲは、常に減衰時間（ｔ＞
Ｔ）における時定数τＤよりも小さい。
− （ｔ）Ｔのとき） これを図示すると、第２図（ａ）に示されるようになる
。イオン化室２でのガス圧Ｐ （ｔ）の立上り時間（０
くｔ≦Ｔ）Ｋおける時定数τＲは、常に減衰時間（ｔ＞
Ｔ）における時定数τＤよりも小さい。
従って、高速バルブ３をイオン化室２に出来るだけ近づ
けて導入ダク）ｌａのコンダクタンスＣ，を大きくする
ことにより２時定数τ□を短かくできる。また２時定数
τＤを短かくするためには。
けて導入ダク）ｌａのコンダクタンスＣ，を大きくする
ことにより２時定数τ□を短かくできる。また２時定数
τＤを短かくするためには。
ガス排気回路システム４のコンダクタンスＣ２を大きく
することと、排気ポンプ５の能力を十分大きくすること
が必要で、このことは時定数τ、を小さくするのにも役
立つ。更に、イオン化室２の容積Ｖを必要最小限にする
ことも大切である。
することと、排気ポンプ５の能力を十分大きくすること
が必要で、このことは時定数τ、を小さくするのにも役
立つ。更に、イオン化室２の容積Ｖを必要最小限にする
ことも大切である。
以上のようなパルス化ガスの過渡特性が与えられたとき
のイオン化室２での多価イオンの発生量は、第２図（ｂ
）に示されるような、特性を示す。
のイオン化室２での多価イオンの発生量は、第２図（ｂ
）に示されるような、特性を示す。
第２図（ｂ）より、ガス圧ｐ （ｔ）の増加時の点ｔ１
でイオンの生成人が始まる。安定化した多価イオンの発
生率は、ガス圧ｐ （ｔ）のピーク時（ｔ＝Ｔ）まで減
少し、それ以後増大する。そして、ガス圧ｐ （ｔ）が
ある値より低くなると不安定Ｃとなり。
でイオンの生成人が始まる。安定化した多価イオンの発
生率は、ガス圧ｐ （ｔ）のピーク時（ｔ＝Ｔ）まで減
少し、それ以後増大する。そして、ガス圧ｐ （ｔ）が
ある値より低くなると不安定Ｃとなり。
やがて時刻Ｌ２でイオンの生成が止む。
従って、不安定な状態Ｃの手前の多価イオンの生成が最
大且つ安定な一定の領域Ｂを利用して。
大且つ安定な一定の領域Ｂを利用して。
多量の多価イオンを得ることができる。
以上の説明で明らかなように２本発明に」：れば。
イオン化室へガスをパルス化して供給し、そこでのガス
圧がパルス的な過渡特性をもつようにしているので、イ
オン化室でのガス圧が低くなるにつれて電子の再結合の
確率が減少して多価イオンの発生率が増大する領域で多
量の多価イオンを得ることができ、且つ多価イオンの収
量を安定化することができる。又、ガスを・ぐルス化し
てイオン化室に供給しているので、真空排気系に対する
負担を軽減することができる。従って、物理実験、医療
、半導体製造、その他に用いられる重イオン加速器へ利
用することができる。特に、既存の重イオン加速器に取
付けることにより２重イオン加速器の性能を大巾に向上
できる利点がある。
圧がパルス的な過渡特性をもつようにしているので、イ
オン化室でのガス圧が低くなるにつれて電子の再結合の
確率が減少して多価イオンの発生率が増大する領域で多
量の多価イオンを得ることができ、且つ多価イオンの収
量を安定化することができる。又、ガスを・ぐルス化し
てイオン化室に供給しているので、真空排気系に対する
負担を軽減することができる。従って、物理実験、医療
、半導体製造、その他に用いられる重イオン加速器へ利
用することができる。特に、既存の重イオン加速器に取
付けることにより２重イオン加速器の性能を大巾に向上
できる利点がある。
第１図は本発明によるイオン源装置の一実施例の構成を
示した概略図、第２図はイオン化室のガス圧の過渡特性
と多価イオンの発生量の変化を示した特性図である。 １・・・ガス供給回路システム、ｌａ・・・導入ダクト
。 ２・・・イオン化室、３・・・高速バルブ、４・・・ガ
ス排気第１図
示した概略図、第２図はイオン化室のガス圧の過渡特性
と多価イオンの発生量の変化を示した特性図である。 １・・・ガス供給回路システム、ｌａ・・・導入ダクト
。 ２・・・イオン化室、３・・・高速バルブ、４・・・ガ
ス排気第１図
Claims (1)
- １、ヘリウム又はそれよりも原子番号の大きい元素の原
子または該原子からできている分子からなるガスをイオ
ン化するためのイオン化室と、該イオン化室内へ前記ガ
スを供給するためのガス供給回路システムと、前記イオ
ン化室内のガスを排気するためのガス排気回路システム
と、該ガス排気回路システムを介して前記イオン化室内
のガスを排気する排気ポンプとを有するイオン源装置に
おいて、前記ガス供給回路システムが前記ガスを前記イ
オン化室内へパルス的に供給するための高速バルブを含
むことを特徴とするイオン源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5466786A JPS62213043A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | イオン源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5466786A JPS62213043A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | イオン源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62213043A true JPS62213043A (ja) | 1987-09-18 |
Family
ID=12977127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5466786A Pending JPS62213043A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | イオン源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62213043A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2638840A1 (fr) * | 1988-11-09 | 1990-05-11 | Evrard Robert | Manometre de mesure des pressions de 103 mbars a 10´9 mbars |
| JP2008152941A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Jeol Ltd | イオン発生装置 |
| EP3524320A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-14 | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology | Ion source device, particle beam generation, and ion beam generation method |
-
1986
- 1986-03-14 JP JP5466786A patent/JPS62213043A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2638840A1 (fr) * | 1988-11-09 | 1990-05-11 | Evrard Robert | Manometre de mesure des pressions de 103 mbars a 10´9 mbars |
| JP2008152941A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Jeol Ltd | イオン発生装置 |
| EP3524320A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-14 | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology | Ion source device, particle beam generation, and ion beam generation method |
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