JPS62295400A - Ion beam apparatus - Google Patents

Ion beam apparatus

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JPS62295400A
JPS62295400A JP3132587A JP3132587A JPS62295400A JP S62295400 A JPS62295400 A JP S62295400A JP 3132587 A JP3132587 A JP 3132587A JP 3132587 A JP3132587 A JP 3132587A JP S62295400 A JPS62295400 A JP S62295400A
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JP
Japan
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ion beam
ions
electric field
ion
drift
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Application number
JP3132587A
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Japanese (ja)
Inventor
ニール ジョン バーレット
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General Electric Co PLC
Original Assignee
General Electric Co PLC
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H9/00Linear accelerators

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • 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。
(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】 3、発明の詳細な説明 本発明は、イオンビーム装置に関し、詳細には発生した
イオンビームが一連のエネルギーの群すなわちパケット
状になっているかかる装置に関する。イオンを連続流と
して発生し、利用が必要な点へこれらイオンを向けるの
が一般的な方法である。イオンを利用するとき充分に高
いエネルギーを有するイオンに依存することが多いので
、ある用途ではイオンビームの速度を大幅に速くする加
速器にイオンビームを通過させる必要がある。イオンの
加速は、これらイオンを強力な電界に通過させて行うが
、イオンに極めて大きなエネルギーを与えるのに必要な
電圧は極めて高くなり得るので、加速器の長手方向に沿
ってイオンに一連の加速「推進力」が与えられるようイ
オンが高周波交流電圧を受けるようにすることがこれま
で提案されている。交流電圧の半サイクルの間で、イオ
ンは加速されるが、常時同一方向へ加速されるという真
の効果が得られるよう好ましくない極性の半サイクルで
はイオンはドリフトチューブによりシールドされる。こ
のタイプのリニア加速器の例は、フィジカルレビュー3
8 2021  (1931)でディー、エイチ、スロ
ーンおよびイー、オー、ローレンスにより記述されてい
る。しかしながら多数の低電圧の加速ステージを利用し
てイオンを加速する他の方法もある。高周波交流電圧の
効果は、定常イオン流を別々の群へ変換することである
が、イオンの多くは加速電圧により位相がずれるので、
この変換は極めて非効率的である。当然ながら、この結
果としてイオンビームの部分的損失を生じさせる非加速
力が生じる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 3. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to ion beam devices, and more particularly to such devices in which the generated ion beam is in a series of energy groups or packets. A common method is to generate a continuous stream of ions and direct these ions to the point where they need to be utilized. Because ion applications often rely on ions having sufficiently high energies, some applications require passing the ion beam through an accelerator that greatly increases the velocity of the ion beam. Ions are accelerated by passing them through a strong electric field, but since the voltages required to impart extremely high energies to the ions can be extremely high, the ions are accelerated in a series of accelerations along the length of the accelerator. It has previously been proposed that ions be subjected to a high-frequency alternating current voltage to provide them with a "propulsive force." During half-cycles of the alternating voltage, the ions are accelerated, but during half-cycles of unfavorable polarity they are shielded by the drift tube so that the true effect of always being accelerated in the same direction is achieved. An example of this type of linear accelerator is given in Physical Review 3
8 2021 (1931) by D. H., Sloan and E. O., Lawrence. However, there are other methods of accelerating ions using multiple low voltage acceleration stages. The effect of the high frequency alternating voltage is to convert the steady stream of ions into separate groups, but since many of the ions are shifted out of phase by the accelerating voltage,
This conversion is extremely inefficient. Naturally, this results in non-accelerating forces that result in partial loss of the ion beam.

本発明は、比較的定常状態のイオンビームを効率的な態
様で群状のビームへ変換する改良されたイオンビーム装
置を提供せんとするものである。
The present invention seeks to provide an improved ion beam device that converts a relatively steady state ion beam into a swarm beam in an efficient manner.

かかる群状のビームは必要であれば直接使用してもよい
し、または群状ビームを必要なエネルギーレベルまで加
速する高周波加速器をイオンビーム装置内に設けること
により群状ビームを極めて効果的且つ効率的に加速して
もよい。
Such swarm beams may be used directly if desired, or they may be made highly effective and efficient by providing a radio frequency accelerator within the ion beam device that accelerates the swarm beam to the required energy level. It may be accelerated.

本発明によれば、イオンビーム装置は所定の平均速度を
有する定常イオンビームを受けると共にイオンの平均速
度に比較して小さい速度だけイオンを加減速して、速度
変調されたイオンビームを発生するようビームに高周波
の交流電界を加えるための手段と、速度変調されたビー
ムを受けるよう配置され、ドリフト領域を通過するビー
ムの通過時間が前記高周波の複数のサイクルを超え、よ
ってドリフト領域の出力部において速度変調イオンビー
ムが別々に分離されたイオン群を発生するような寸法に
された細長いドリフト構造体とを含む。好ましくは、前
記別々のイオン群を受けかつこれらイオン群を同一方向
に加速するようにイオン群に高周波の交流電界を印加す
るための手段がドリフト構造体の出力端に隣接して設け
られ、前記イオン群へ印加される電界はイオンビームを
変調するよう印加される電界よりも実質的に大きい。
According to the present invention, the ion beam device receives a steady ion beam having a predetermined average velocity and accelerates and decelerates the ions by a velocity smaller than the average velocity of the ions to generate a velocity-modulated ion beam. means for applying a high frequency alternating electric field to the beam, and arranged to receive the velocity modulated beam, wherein the transit time of the beam through the drift region exceeds a plurality of cycles of said high frequency, so that at the output of the drift region; and an elongated drift structure dimensioned such that the velocity modulated ion beam generates discrete groups of ions. Preferably, means are provided adjacent to the output end of the drift structure for applying a high frequency alternating electric field to the ion groups so as to receive the separate ion groups and accelerate the ion groups in the same direction; The electric field applied to the ion population is substantially greater than the electric field applied to modulate the ion beam.

ドリフト構造体は好ましくはドリフト領域の全長にわた
って延びる導電性チューブの形態をしており、このチュ
ーブ内ではイオンに作用する真の加速電界は実質的にゼ
ロである。しかしながら、ドリフト構造体は開領域に続
く初期吉電性カラーのみから構成でき、この開領域は実
質的に等電位ドリフト領域を構成するよう電界の変動か
らシールドされる。好ましくはドリフトチューブはイオ
ンビームを所定経路に絞り込み、かつイオンビームが外
方に広がってドリフトチューブの壁に進入しないように
イオンビームを静電力で合焦させる手段を含む。好まし
くはこの合焦手段は異なる合焦手段を印加できる複数の
分離されたステージから成る。しかしながらこれら合焦
電圧は長手方向の電位、したがってドリフトチューブに
沿うイオンの速度に太き(影響するものではない。
The drift structure is preferably in the form of a conductive tube extending the entire length of the drift region, within which the true accelerating electric field acting on the ions is substantially zero. However, the drift structure can consist only of an initial euclastic collar following an open region, which is shielded from electric field fluctuations so as to constitute a substantially equipotential drift region. Preferably, the drift tube includes means for electrostatically focusing the ion beam so as to focus the ion beam onto a predetermined path and prevent the ion beam from spreading outwardly into the walls of the drift tube. Preferably, this focusing means consists of a plurality of separate stages to which different focusing means can be applied. However, these focusing voltages do not affect the longitudinal potential and therefore the velocity of the ions along the drift tube.

入射定常イオンビームに印加される交流電界の大きさは
ビーム全体が実質的に単一エネルギー状態となるようビ
ーム内のイオンの速度変化を比較的小さくするような値
である。速度変調は小さいのでイオンが別々の群に分離
するのに充分な時間をイオンに与えるにはドリフトチュ
ーブはかなり長くしなければならない。イオンが最も明
瞭な群を形成する点はかなりクリティカルであり、この
点を超えると群は再び合体しようとする。群が最も明瞭
である点では各群を全体として加速し、かつ速度変調に
関して高い平均速度を与えるよう比較的大きな高周波電
界を加える。このようにしてイオン群を単一エネルギー
状態としてみなすことができる。
The magnitude of the alternating electric field applied to the incident steady-state ion beam is such that the change in velocity of the ions within the beam is relatively small so that the entire beam is in a substantially uniform energy state. Because the velocity modulation is small, the drift tube must be quite long to give the ions enough time to separate into separate groups. The point at which the ions form the most distinct group is quite critical, beyond which the group tends to coalesce again. A relatively large high frequency electric field is applied to accelerate each group as a whole at the point where the group is most distinct and to give a high average velocity with respect to velocity modulation. In this way, a group of ions can be considered as a single energy state.

本発明の好ましい実施例ではイオンビーム装置はリニア
加速器と組合わせたイオンパンチャーを含み、リニア加
速器はそれぞれに交流高電圧■が印加された一連の高周
波ステージを利用してイオン群を極めて速い速度に加速
する。各ステージはほぼeVのエネルギーをイオンに与
える。順にN個のステージが設けられている場合、最終
エネルギーはほぼeV、Nとなる。加速用高電圧を加え
る前にイオンが別々に分離した群の状態となることを保
証しかつ群内のイオンがほぼ単一エネルギー状態となる
ことを保証することによりイオンを加速する際に別々の
群を保存すると、イオンビーム装置内で極端に効率的な
イオンビーム変換を行なうことができ。
In a preferred embodiment of the invention, the ion beam device includes an ion puncher combined with a linear accelerator, which utilizes a series of radio frequency stages, each to which an alternating current high voltage is applied, to drive a group of ions to extremely high velocities. To accelerate. Each stage imparts approximately eV of energy to the ions. If N stages are provided in sequence, the final energy will be approximately eV,N. By ensuring that the ions are in separate groups before applying a high acceleration voltage and ensuring that the ions within the group are in a nearly uniform energy state, it is possible to Storing groups allows for extremely efficient ion beam conversion within ion beam devices.

当然ながらこのイオン群はリニア加速器への供給以外の
目的にも使用できる。定常イオンビームが一旦別々のイ
オンパルスの流れに分割されると、各パルスは必要に応
じて別々に偏向および/または利用が可能である。添付
図面を参照して、例により本発明を更に説明する。
Naturally, this group of ions can be used for purposes other than supplying the linear accelerator. Once the stationary ion beam is split into streams of separate ion pulses, each pulse can be separately deflected and/or utilized as desired. The invention will be further explained by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.

第1図を参照すると、イオンソース(図示せず)は電荷
密度が実質的に一定で、イオンの平均密度が公称値から
れずかに変化するイオンの定常ビームを発生するだけで
ある。かかる定常イオンビームは、公知技術に従って発
生できる。定常イオンビームを−続きのイオン群に変換
するためビームは、イオンパンチャーを通過される。こ
のバンチャーは、第1のアースされた短いチューブlと
、1−I F電極チューブ2と、比較的長いアースされ
たドリフトチューブ3とから成り、ドリフトチューブの
内部は等電位ドリフト領域となっている。ドリフトチュ
ーブ3の出力端で、イオン群は、別のII !”電i〜
チューブ4へ向けて通過され、このI(F電極チューブ
4はイオン群を加速するよう働く。
Referring to FIG. 1, an ion source (not shown) produces only a steady beam of ions whose charge density is substantially constant and whose average density of ions varies only slightly from a nominal value. Such a steady ion beam can be generated according to known techniques. To convert the steady ion beam into a continuous group of ions, the beam is passed through an ion puncher. This buncher consists of a first short earthed tube l, a 1-IF electrode tube 2, and a relatively long earthed drift tube 3, and the inside of the drift tube is an equipotential drift region. . At the output end of the drift tube 3, the ion group is separated by another II! “Den i~
The I(F electrode tube 4 serves to accelerate the ion group).

チューブ1の目的はイオンソースおよび前段をHF電極
2上のHF信号の作用からシールドすることである。電
極チューブ2によりイオンビームへ印加されるHF信号
の作用は、電極に対するイオンの位置に応じてそれらの
初期速度に対してイオンを加速または減速させる振動電
界を発生することである。従って、長いドリフトチュー
ブ3に進入するイオンは、若干異なる速度を有し、HF
電界の大きさは、速度分布が比較的小さくなるよう選択
される。電極へ印加されるHF信号は、2M Hgから
30MHgの範囲である。ドリフトチューブ3の長さは
、ドリフトffI域を通過するイオンの通過時間がHF
周波数の繰り返し時間よりもかなり長くなるよう選択さ
れる。従って、代表的には、ドリフトチューブ3の長さ
は、イオンがドリフトチューブの一端から他端へ走行す
るのに要する時間がHF信号の約6サイクルに対応する
時間となるような値である。この時間の間での個々のイ
オンの初期変動効果は、これらイオンを別々のイオン群
に分離することである。これらの別々に分離されたイオ
ン群は、HFドリフトチューブ4上のHF信号の位相が
各イオン群を全体として加速する向きとなるようHFド
リフトチューブ4のギャップに達するよう配列される。
The purpose of the tube 1 is to shield the ion source and the front stage from the effects of the HF signal on the HF electrode 2. The effect of the HF signal applied to the ion beam by the electrode tube 2 is to generate an oscillating electric field that accelerates or decelerates the ions relative to their initial velocity depending on their position relative to the electrode. Therefore, the ions entering the long drift tube 3 have slightly different velocities and the HF
The magnitude of the electric field is selected such that the velocity distribution is relatively small. The HF signal applied to the electrodes ranges from 2M Hg to 30MHg. The length of the drift tube 3 is such that the passage time of ions passing through the drift ffI region is HF.
It is chosen to be significantly longer than the frequency repetition time. Thus, typically the length of the drift tube 3 is such that the time required for an ion to travel from one end of the drift tube to the other corresponds to approximately six cycles of the HF signal. The effect of the initial fluctuation of individual ions during this time is to separate them into distinct ion groups. These separately separated ion groups are arranged to reach the gap in the HF drift tube 4 such that the phase of the HF signal on the HF drift tube 4 is oriented to accelerate each ion group as a whole.

この電極4により増加される増加エネルギーは一つのイ
オン群内のエネルギー分布よりもがなり大きい。
The increased energy increased by this electrode 4 is much larger than the energy distribution within one group of ions.

電極チューブ2および4に印加されるHF信号の相対的
位相をある程度制御するため第1図に示す回路を使用す
る。このHF信号はHFドライブソース5により発生さ
れ、パワースプリソク−6、それぞれの位相調節器7.
8およびfl F増幅2g9.10を介してそれぞれの
電極チューブ2および4へ送られる。増幅器9および1
0の作用は、電極2および4への印加に必要な信号のレ
ベルを高くしかつ必要な程度のインピーダンスマツチン
グをすることである。各HF増幅器からの信号の出力は
それぞれの位相弁別器11.12で入力信号と比較され
、位相差があれば位相調節器7.8により補正される。
The circuit shown in FIG. 1 is used to provide some control over the relative phase of the HF signals applied to electrode tubes 2 and 4. This HF signal is generated by an HF drive source 5, a power sprocket 6, a respective phase adjuster 7.
8 and fl F amplification 2g9.10 to the respective electrode tubes 2 and 4. Amplifiers 9 and 1
The effect of 0 is to increase the level of the signal required to be applied to electrodes 2 and 4 and to provide the necessary degree of impedance matching. The output of the signal from each HF amplifier is compared with the input signal in a respective phase discriminator 11.12 and any phase difference is corrected by a phase adjuster 7.8.

これにより、増幅器9および10の作動で生じた好まし
くない位相差が補償される。
This compensates for undesirable phase differences caused by the operation of amplifiers 9 and 10.

これら2つの位相弁別器11および12は、一方の弁別
器によって行なわれる位相誹1節が他方の弁別器へも行
なわれ、よって電極4におけるH F信号の位相が電極
2上のHF信号の位相に対して既知となるよう共に結合
されている。理想的には、これら2つの電極−ヒのHF
信号は、位相が一致するが、定常イオンビームの入力エ
ネルギーおよびドリフトチューブ3の長さに応じて若干
の3J1節が必要である。
These two phase discriminators 11 and 12 are such that the phase discriminator performed by one discriminator is also applied to the other discriminator, so that the phase of the HF signal at electrode 4 is equal to the phase of the HF signal on electrode 2. are coupled together so that they are known to each other. Ideally, these two electrodes - HF
The signals are in phase, but some 3J1 node is required depending on the input energy of the steady ion beam and the length of the drift tube 3.

第2図を参照すると、ここには変形態様のイオンパンチ
ャーが示されている。このパンチャーでは、第1図の方
法と別の方法でビーム群に対する位相および電圧制御を
行っている。例えば、電極チューブ2へ送られる交流電
圧は、共通HFドライブソース14から減衰815を介
して直接取り出される。必要なドライブ増幅器は図示さ
れていない。最初イオンビームには、比較的小さい速度
変調しか行なわれないよう電極2へ印加される交’iR
!I F電圧の高さは、電極チューブ4へ印加される電
圧の高さよりも実質的に低くする必要がある。
Referring to FIG. 2, a modified ion puncher is shown. In this puncher, the phase and voltage control for the beam group is performed using a method different from the method shown in FIG. For example, the AC voltage delivered to the electrode tube 2 is taken directly from the common HF drive source 14 via attenuation 815 . The necessary drive amplifiers are not shown. Initially, the ion beam is given an iR
! The height of the IF voltage must be substantially lower than the voltage applied to the electrode tube 4.

代表的には、電極チューブ4へ印加されるAC電圧は5
0KVの大きさであるが、電極チューブ2へ印加される
電圧はわずかに2.5 K Vの大きさであり、実際の
値は、イオン群が電極チューブ4に達したときイオン群
が良好に分離されるよう可変減衰器15により11節さ
れる。この場合、長いドリフトチューブ3には内部合焦
素子20.21.22.23が設けられており、これら
素子はイオンビームをイオンビーム集群電極の中心軸線
に絞り込むよう働く。これら合焦素子は、実1際は静電
的なもので、周知の態様で作動する。ドリフトチューブ
3の長手方向軸線に対してイオンを横方向に加速するよ
うこれら電極には比較的高い電圧を印加してもよいが、
これら電圧はイオンの長手方向速度に実質的に影蓉する
ものではない。
Typically, the AC voltage applied to the electrode tube 4 is 5
0 KV, but the voltage applied to the electrode tube 2 is only 2.5 KV in magnitude, and the actual value is that when the ion group reaches the electrode tube 4, the ion group is in good condition. The variable attenuator 15 separates the signals into 11 sections. In this case, the long drift tube 3 is provided with internal focusing elements 20, 21, 22, 23 which serve to focus the ion beam onto the central axis of the ion beam focusing electrode. These focusing elements are electrostatic in nature and operate in a known manner. Relatively high voltages may be applied to these electrodes to accelerate the ions transversely to the longitudinal axis of the drift tube 3;
These voltages do not substantially affect the longitudinal velocity of the ions.

HFチューブ2とltとの間の位相差は、ソース32か
らチューブ3へdc雷電圧かけることにより補償できる
。正の電圧を印加すると、チューブ2と3との間にある
ギャップ内の正のイオンは、チューブ3がアース電位に
ある場合(5i多くの工/’+ルギーを獲得するもので
ない。ドリフトチューブ3を離間する際のこれら同じイ
オンは、更にエネルギーを獲得する。この真の結果、チ
ューブ3によるエネルギー利得はゼロとなる。しかしな
がら、特定のイオンがチューブ3を通過するのに要する
時間は、チューブ3がアース電位にある時に比較して長
くなる。従って、負の電圧は、イオンがチューブ3を通
過するのに要する時間を短くする。
The phase difference between HF tube 2 and lt can be compensated by applying a dc lightning voltage from source 32 to tube 3. When a positive voltage is applied, the positive ions in the gap between tubes 2 and 3 will not gain 5i more power/' + energy than when tube 3 is at ground potential. Drift tube 3 These same ions as they leave tube 3 gain more energy. The net result of this is that the energy gain by tube 3 is zero. However, the time it takes for a particular ion to pass through tube 3 is at ground potential.The negative voltage therefore shortens the time required for the ions to pass through the tube 3.

よって、チューブ3に直流電圧を印加すると、減衰器1
5によるH Fチューブ2と4との間の位相差を補償で
きる。従って、直流バイアスソースは、ドリフトチュー
ブ3の出力端にあるイオンパンチャーと電極チューブ4
上のHF信号との関係を最良にできるようその電圧の大
きさと極性を調節できる。
Therefore, when a DC voltage is applied to the tube 3, the attenuator 1
5 can compensate for the phase difference between the H F tubes 2 and 4. Therefore, the DC bias source is connected to the ion puncher at the output end of the drift tube 3 and the electrode tube 4.
The magnitude and polarity of that voltage can be adjusted to optimize its relationship with the HF signal above.

第2図では、イオンパンチャーは、2つの第1ステージ
24および25が示されている。リニア加速器に給電す
るよう配置されている。このリニア加速器は、多数の別
々のHFステージから成り、これらの各ステージには5
0KVの加速電圧が印加されている。このように、イオ
ンが受ける全加速用電圧は、ステージの数によって倍増
されるので、−回の工程で極端に大きい加速電圧を発生
する必要はない。II F信号を利用するリニア加速器
の原理は、HF信号に対して正しく位置するイオンのみ
が加速されるということである。本発明では、イオンは
別々の群としてHFイオン加速器の第1ステージへ送ら
れるので、群内のすべてのイオンを効率的な態様で加速
するようにすることが可能である。隣接するH F電極
間の間隔:例えば電極4と電極26との間の間隔および
電極26と電極27との間の間隔は、イオンがHF信号
の1サイクルの間で走行するのに要する時間に対応する
よう選択される。イオンがHF信号の各期間中に更に走
行するようイオン速度を漸増した場合と同じように、電
極チューブ長さを長くすればイオンは更に加速器内へ進
入する。アースしたドリフト管28および29の作用は
、電界に対する基準電位を提供し、HF信号の電界の反
転からイオンをシールドすることである。各アースされ
たドリフトチューブ28.29は合焦素子30を含む。
In FIG. 2, the ion puncher is shown with two first stages 24 and 25. It is arranged to supply power to the linear accelerator. This linear accelerator consists of a number of separate HF stages, each of which has 5
An accelerating voltage of 0 KV is applied. In this way, the total accelerating voltage applied to the ions is doubled by the number of stages, so there is no need to generate an extremely large accelerating voltage in the second step. The principle of linear accelerators using II F signals is that only ions that are correctly positioned relative to the HF signal are accelerated. In the present invention, the ions are sent in separate groups to the first stage of the HF ion accelerator, so that it is possible to accelerate all the ions in the group in an efficient manner. The spacing between adjacent HF electrodes: e.g. the spacing between electrode 4 and electrode 26 and the spacing between electrode 26 and electrode 27 corresponds to the time it takes for an ion to travel during one cycle of the HF signal. selected to correspond. As with increasing the ion velocity so that the ions travel further during each period of the HF signal, increasing the electrode tube length causes the ions to travel further into the accelerator. The action of grounded drift tubes 28 and 29 is to provide a reference potential for the electric field and to shield the ions from the electric field reversal of the HF signal. Each grounded drift tube 28,29 includes a focusing element 30.

第3図は、第1図および第2図に示した形態のイオンビ
ームパンチャー40へ50KeV(7)エネルギーを有
するイオンの定常ビームを送る従来のイオンソース39
からイオンビーム’A’IIが成るシステムを示す。こ
のイオンビームパンチャー40の出力は、上記のように
約50KeVの平均エネルギーの重畳された比較的小さ
いエネルギー分布を有するイオンの一連の別々の群すな
わちパケレトである。これらイオン群は、次にリニア加
速器41により加速される。50個のステージが設けら
れていると仮定すると、出力ポート42で約240万電
子ボルトの出力エネルギーが得られる。
FIG. 3 shows a conventional ion source 39 that sends a steady beam of ions having an energy of 50 KeV(7) to an ion beam puncher 40 of the form shown in FIGS.
A system consisting of an ion beam 'A'II is shown. The output of this ion beam puncher 40 is a series of discrete groups or packlets of ions having a superimposed relatively small energy distribution of an average energy of about 50 KeV as described above. These ion groups are then accelerated by a linear accelerator 41. Assuming 50 stages are provided, approximately 2.4 million electron volts of output energy is available at output port 42.

この出力ポートにおけるエネルギーは実際にはかなり大
きいが、狭く分布することになる。イオンビームのエネ
ルギーを正確に分布させることが重要である場合には、
イオンエネルギーに応じて個個のイオンに公知の態様で
所定のカーブを与える静電セパレータ43をイオンビー
ムが通過するようにする。ポート44で所定の狭いハン
ドエネルギーを有するイオンを選択することにより、利
用設備45の点へ必要なイオンだけを向けることができ
る。
The energy at this output port is actually quite large, but will be narrowly distributed. When it is important to accurately distribute the energy of the ion beam,
The ion beam is made to pass through an electrostatic separator 43 which gives individual ions a predetermined curve in a known manner depending on the ion energy. By selecting ions with a predetermined narrow hand energy at port 44, only the necessary ions can be directed to the point of utilization facility 45.

かかるイオンビーム装置の輸送効率は、本発明に係るイ
オンパンチャーにより極めて大幅に増加できる。リニア
加速器に定常イオンビームを印加する従来のイオンビー
ムシステムでは、ビーム輸送効率は16〜17%の大き
さでしかない。本発明に係るイオンビームパンチャーを
使用すると、輸送効率は70%まで増加できる。
The transport efficiency of such ion beam devices can be increased very significantly with the ion puncher according to the invention. In conventional ion beam systems that apply a steady ion beam to a linear accelerator, the beam transport efficiency is only on the order of 16-17%. Using the ion beam puncher according to the invention, the transport efficiency can be increased up to 70%.

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

第1図はイオンビームパンチャーを略図で示し、第2図
は変形態様のイオンビームパンチャーを示し、第3図は
リニア加速器およびイオンビームパンチャーを含むイオ
ンビーム装置斤を示す。 1・・・短いアースされた第1チユーブ2・・・HF電
極チューブ 3・・・ドリフトチューブ 4・・・HF電極チューブ 5・・・HFドライブソース 6・・・パワースプリッター 7.8・・・位相調節器 9.10・・・HF増幅器 11.12・・・位相弁別器 図面の浄書(内容に変更なし) 第1 図 手続補正書(方式)
1 schematically shows an ion beam puncher, FIG. 2 shows a modified ion beam puncher, and FIG. 3 shows an ion beam device including a linear accelerator and an ion beam puncher. 1...Short grounded first tube 2...HF electrode tube 3...Drift tube 4...HF electrode tube 5...HF drive source 6...Power splitter 7.8... Phase adjuster 9.10... HF amplifier 11.12... Phase discriminator drawing drawing (no change in content) Figure 1 Procedure amendment (method)

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定の平均速度を有する定常イオンビームを受け
ると共にイオンの平均速度に比較して小さい速度だけイ
オンを加減速して、速度変調されたイオンビームを発生
するようビームに高周波の交流電界を加えるための手段
と、速度変調されたビームを受けるよう配置され、ドリ
フト領域を通過するビームの通過時間が前記高周波の複
数のサイクルを超え、よってドリフト領域の出力端にお
いて速度変調イオンビームが別々に分離されたイオン群
を発生するような寸法にされた細長いドリフト構造体と
を含むイオンビーム装置。
(1) A high-frequency alternating current electric field is applied to the beam so as to receive a steady ion beam having a predetermined average velocity, accelerate and decelerate the ions by a velocity smaller than the average velocity of the ions, and generate a velocity-modulated ion beam. and means for applying the velocity modulated ion beam, the beam passing through the drift region exceeding a plurality of cycles of said radio frequency, the velocity modulated ion beam being arranged to receive the velocity modulated ion beam at the output end of the drift region. an elongated drift structure dimensioned to generate separated populations of ions.
(2)前記別々のイオン群を受けかつこれらイオン群を
同一方向に加速するようにイオン群に高周波の交流電界
を印加するための手段がドリフト構造体の出力端に隣接
して設けられ、前記イオン群へ印加される電界はイオン
ビームを変調するよう印加される電界よりも実質的に大
きい特許請求の範囲第1項記載の装置。
(2) means for applying a high frequency AC electric field to the ion groups so as to receive the separate ion groups and accelerate the ion groups in the same direction is provided adjacent to the output end of the drift structure; 2. The apparatus of claim 1, wherein the electric field applied to the ion population is substantially greater than the electric field applied to modulate the ion beam.
(3)ドリフト構造体は導電性チューブ状である特許請
求の範囲第1項または第2項記載の装置。
(3) The device according to claim 1 or 2, wherein the drift structure is in the form of a conductive tube.
(4)印加される高周波交流電界は、イオンの通過時間
がこの高周波数の少なくともほぼ複数の期間となるよう
な、電界を通過するイオンビームの平均速度に対する周
波数を有する特許請求の範囲第1項、第2項または第3
項記載の装置。
(4) The applied high frequency AC electric field has a frequency relative to the average velocity of the ion beam passing through the electric field such that the ion transit time is at least approximately a plurality of periods of this high frequency. , the second term or the third term
Apparatus described in section.
(5)ドリフト構造体はイオンビームを所定経路に絞り
込みかつイオンビームがドリフト構造体自体の内へと外
方に広がることを防止するようイオンビームを静電力に
より合焦するための手段を含む特許請求の範囲第1〜4
項のいずれかに記載の装置。
(5) A patent in which the drift structure includes means for electrostatically focusing the ion beam so as to focus the ion beam onto a predetermined path and prevent the ion beam from spreading outward into the drift structure itself. Claims 1 to 4
Apparatus according to any of paragraphs.
(6)合焦手段はドリフト構造体の長手方向に沿って配
置され、互いに異なる合焦電圧が印加された複数の分離
したステージから成る特許請求の範囲第5項に記載の装
置。
(6) The device according to claim 5, wherein the focusing means comprises a plurality of separate stages arranged along the longitudinal direction of the drift structure and to which mutually different focusing voltages are applied.
(7)定常イオンビームに高周波電界を印加し、かつ前
記ドリフトチューブにより発生されたイオン群に高周波
電界を印加するよう共通周波数ソースが配置された特許
請求の範囲第1〜6項のいずれかに記載の装置。
(7) Any one of claims 1 to 6, wherein a common frequency source is arranged to apply a high frequency electric field to a stationary ion beam and to apply a high frequency electric field to a group of ions generated by the drift tube. The device described.
(8)定常イオンビームに印加される高周波電界の大き
さは、イオン群へ印加される電界の大きさよりも実質的
に小さい請求の範囲第7項記載の装置。
(8) The apparatus according to claim 7, wherein the magnitude of the high-frequency electric field applied to the stationary ion beam is substantially smaller than the magnitude of the electric field applied to the ion group.
(9)前記ドリフト構造体に直流バイアス電圧を印加す
るための手段が高周波信号の印加された、ドリフト構造
体に隣接する前記手段に対して設けられた特許請求の範
囲第2〜8項のいずれかに記載の装置。
(9) Any one of claims 2 to 8, wherein the means for applying a DC bias voltage to the drift structure is provided to the means adjacent to the drift structure to which a high frequency signal is applied. The device described in Crab.
(10)直流バイアス電圧は大きさおよび極性を変える
ことができる特許請求の範囲第9項記載の装置。
(10) The device according to claim 9, wherein the DC bias voltage can vary in magnitude and polarity.
(11)前記イオン群を受けると共に個々のイオン群の
位置に同期した、印加された高周波電界の作用によりイ
オン群を加速するようマルチステージの高周波リニア加
速器が位置する特許請求の範囲第1〜10項のいずれか
に記載の装置。
(11) A multi-stage high frequency linear accelerator is positioned to receive the group of ions and accelerate the group of ions by the action of an applied high frequency electric field synchronized with the position of the individual group of ions. Apparatus according to any of paragraphs.
JP3132587A 1986-02-13 1987-02-13 Ion beam apparatus Pending JPS62295400A (en)

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GB8603585D0 (en) 1986-03-19
EP0233083A2 (en) 1987-08-19
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