WO1999062306A1 - Procede de modulation de la configuration d'un champ magnetique - Google Patents

Procede de modulation de la configuration d'un champ magnetique Download PDF

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WO1999062306A1
WO1999062306A1 PCT/FR1999/001225 FR9901225W WO9962306A1 WO 1999062306 A1 WO1999062306 A1 WO 1999062306A1 FR 9901225 W FR9901225 W FR 9901225W WO 9962306 A1 WO9962306 A1 WO 9962306A1
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WO
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magnetic field
axis
revolution
chamber
configuration
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PCT/FR1999/001225
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Inventor
Pascal Sortais
Claude Bieth
Original Assignee
Pantechnik
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • H05H1/16—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied electric and magnetic fields
    • H05H1/18—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied electric and magnetic fields wherein the fields oscillate at very high frequency, e.g. in the microwave range, e.g. using cyclotron resonance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

Definitions

  • the present invention relates to a method for continuously modulating the configuration of a magnetic field intended for the confinement of a plasma generated by electronic cyclotron resonance, as well as a source allowing the implementation of this method.
  • ECR sources Sources with electronic cyclotron resonance, called ECR sources, are commonly used to produce mono-charged or multi-charged ions (that is to say atoms from which one or more electrons have been torn off).
  • ECR ECR denotes the value of the modulus of the magnetic field B for which the electronic cyclotron resonance is obtained.
  • the chamber containing the plasma has a symmetry of revolution with respect to an axis which will be called z.
  • the magnetic field B is produced by means external to the vacuum chamber. These means may consist of a set of coils traversed by an electric current or a set of permanent magnets. The coils used, if they are made of superconductive materials, must be cooled to a determined temperature by an appropriate cryogenic system.
  • the field B is defined by its module B and by the angle ⁇ which it forms with the axis of revolution z.
  • the configuration of the magnetic field inside the vacuum chamber determines the number of charges carried by the plasma ions.
  • the configuration of the axial component of the magnetic field is decisive.
  • the so-called injection zone where the high-frequency wave is introduced and where gas or metal atoms to be ionized are also introduced.
  • this injection zone is the so-called extraction zone. This extraction zone corresponds to the exit of the ion beam from the chamber.
  • ECR sources allowing to produce strong flows of mono-charged ions (having an energy of the order of 200 KeV).
  • the configuration of the module of the axial component B z , inside the vacuum chamber is as shown in FIG. 1.
  • the curve has two maxima M1 and M2 at abscissas located respectively , in the extraction and injection zones and an intermediate minimum M3, located between the two maxima, at an abscissa corresponding roughly to the center of the chamber.
  • These two maxima generally have a value greater than the value R ECR z of the axial component B z for which the electronic cyclotron resonance is obtained.
  • the maximum value of the differences M1-M3 and M2-M3 represents the maximum gradient of the axial component. This gradient is small, generally of the order of a few percent of the maximum value of the axial component.
  • the axial component has a module whose value remains close to the value R ECRZ .
  • Such an axial component makes it possible to obtain an efficient coupling between the high-frequency wave and the magnetic field B.
  • the atoms are thus rapidly ionized and their diffusion inside the chamber is rapid.
  • the extraction of the ions is also carried out at a value of B z close to the value R ECRZ of resonance.
  • the configuration of the axial component B z is as shown in FIG. 2.
  • the axial component B z has two maxima N1 and N2 corresponding to values greater than the value R ECRZ and located near the injection and extraction zones.
  • N3 The minimum value noted N3, lower than the value R ECRZ , is reached inside the vacuum chamber.
  • the maximum value of the differences N2-N3 or N1-N3 which represents the maximum gradient of the axial component is relatively large, in general of the order of 1.5 to 2.5.
  • the maximum values obtained at points N1 and N2 are higher than the maximum values M1 and M2 of the configuration shown in FIG. 1; they are about 1.5 times higher.
  • the present invention therefore proposes to solve the technical problems posed by the prior art, previously exposed.
  • This object is achieved by a method of modulating the configuration of the magnetic field B defined by its axial component B z and its radial component B r) intended for the confinement of a plasma generated by electronic cyclotron resonance at a value R ECR of field B, and having a symmetry with respect to an axis of revolution z.
  • the intensity and / or the direction of the magnetic field B is continuously and at least locally adjusted to modulate its configuration in a domain
  • the module of the axial component B z takes values located on both sides and d other of the resonance value R ECR2 and which is delimited, between a first configuration in which the variations of said module along the axis of revolution z have a weak gradient, and a second configuration, in which the variations of said module have a gradient strong, the value of the ratio: maximum modulus of the magnetic field / minimum modulus of the magnetic field, being greater than 1.5 and preferably greater than 2.
  • This method has the advantage of being able to create a magnetic field B, inside the chamber, having any configuration intermediate to the two extreme configurations defined above.
  • This method can be applied to all kinds of magnetic field generating means, namely, a permanent magnet, a coil, a system using superconductors, or a combination of two or more of these means. According to this method, it is possible to pass continuously from a magnetic field configuration intended to produce single charged ions to a configuration allowing the production of multi-charged ions.
  • the field B is created inside a vacuum chamber, using generator means arranged outside the chamber.
  • the intensity and / or the direction of the magnetic field B in said chamber is adjusted continuously and at least locally by moving at least part of the generating means.
  • Another possibility which does not exclude being used in combination with that set out above, consists in adjusting at least locally the intensity and / or the direction of said magnetic field B by adjusting the generating means.
  • the generator means can be adjusted by varying, for example, the intensity of their supply current.
  • the field B is modulated so that its module is between 0.1 and 3 times the value of the module of the magnetic field for which the resonance is obtained.
  • the direction of said magnetic field is varied so that the angle ⁇ formed by said field vector B with the axis of revolution z is between 0 ° and 90 °.
  • Another object of the present invention is to provide a device for implementing the method described above. This object is achieved by means of a source of mono- and multi-charged ions of the type comprising:
  • this magnetic field B located outside of said vacuum chamber; this magnetic field B, defined by its axial component B z and its radial component B r ; is intended for confining the plasma generated by electronic cyclotron resonance to an R ECR value and has symmetry with respect to an axis of revolution z,
  • this source further comprises means for modulating the configuration of the magnetic field B by adjusting, at least locally, the direction and / or the intensity of said magnetic field B. It is then possible to use the same source to produce mono-charged ions and multi-charged ions. This has many advantages, in particular, great flexibility of use since a single device then allows the production of the two types of ions, which considerably reduces the cost of production of these ions.
  • any type of magnetic field generating means can be used, coils, superconductive materials or the like. A combination of two or more of these means can also be envisaged.
  • the generating means comprise at least one magnetic dipole having symmetry with respect to an axis of revolution parallel to the z axis and surrounding the chamber.
  • This embodiment has the advantage of easily creating the two types of configuration for the axial component B z of the field B.
  • this dipole is carried by at least one permanent magnet. Since permanent magnets are inexpensive, their use makes it possible to further reduce the cost price of the source.
  • the means for modulating the magnetic field B comprise means for moving the generating means.
  • the displacement of the generator means can be carried out in any direction, by translation or by rotation about any axis.
  • these displacement members comprise at least one frame fixed in a position parallel to said axis of revolution z and now at least part of said generator means; the armature is provided with a tapped hole passing through it parallel to the axis of revolution z and is capable of cooperating with a threaded rod disposed parallel to the axis of revolution z, so as to cause it to move parallel to the 'z axis.
  • the generator means comprise at least one coil traversed by a current of determined intensity.
  • the means for modulating said magnetic field B then further comprise means for adjusting the intensity of the supply current to the coil.
  • the invention will be better understood and its advantages will appear better on reading the detailed description which follows, of an embodiment shown by way of nonlimiting example.
  • the description refers to the appended drawings in which - FIG. 1 represents the variations in the modulus of the axial component of the magnetic field prevailing in the vacuum chamber in the case of production of mono-charged ions,
  • FIG. 2 represents the variations in the modulus of the axial component of the magnetic field prevailing in the vacuum chamber in the case of the production of multi-charged ions
  • FIG. 3 shows a particular embodiment of the present invention, in which the field generating means are arranged so as to form, in the vacuum chamber, the magnetic configuration suitable for the production of multi-charged ions
  • FIG. 4 represents a section of FIG. 3 along the axis IV-IV on which the field generating means are arranged so as to form, in the chamber, the magnetic configuration adapted to the production of mono-charged ions
  • FIG. 5 is a detail of the particular embodiment shown in FIGS. 3 and 4,
  • FIG. 6 is a left view of FIG. 3,
  • FIG. 7 represents a bottom view of part of FIG. 3,
  • FIG. 8a represents another possible arrangement of the field generating means and FIG. 8b represents the corresponding configuration of the axial component of the field,
  • FIG. 9 shows a perspective view of the source corresponding to the embodiment shown in Figures 3 to 6
  • the source of the present invention conventionally comprises a cylinder head 11 having a symmetry of revolution with respect to an axis z
  • This cylinder head 11 is made with a material such as aluminum and contains the field generating means
  • the cylinder head 11 comprises in its center, a cylindrical opening partially delimiting the chamber 13 which will be evacuated
  • the chamber 13 and the yoke 11 have the same axis of revolution z as the magnetic field itself.
  • Any other geometry of the cylinder head 11 and of the chamber 13 can also be envisaged without any relation whatsoever to the geometry of the magnetic field prevailing in this chamber 13.
  • the extraction zone connected to the extraction system 16, part of which 18 penetrates inside the chamber 13.
  • the part 18 penetrates up to a determined abscissa z1 at which the axial component B 2 of the magnetic field B has the value required for the extraction of the ions.
  • z1 is equal to a few centimeters depending on the extraction voltage.
  • the wave guidance system 19 comprises an HF window 19a, permeable to the wave but making it possible to maintain the vacuum in the chamber 13, and a wave guide 19b which guides the high-frequency wave to the interior of the chamber 13.
  • the system atom injection system 20 will be explained in more detail below, with reference to FIG. 7.
  • the extraction system 16, the wave guiding system 19b and the atom injection system 20 are connected perfectly sealed to the chamber 13 by means of appropriate seals.
  • the chamber 13 extends from the end of the part 20 to the internal wall of the cylinder head 11.
  • the generating means are permanent magnets, respectively, A1, A2, A3, A4 and A5 having a ring shape and arranged so that their axis of revolution substantially merges with the axis of revolution z of the chamber 13.
  • the substantially equal diameters of the magnets A1 and A2 are greater than the diameters of the magnets A3, A4 and A5.
  • the respective dimensions of the magnets i.e. their internal diameters, their external diameters and their widths (LA1, LA2, LA3, LA4 and LA5) are determined according to the dimensions of the chamber 13
  • the dimensions of chamber 13 are themselves defined as a function of the wavelength of the high-frequency wave
  • magnets A1 and A5 can be the same width, as well as magnets A2 and A3 Preferably, magnets A1 and A5 are wider than magnets A2 and A3 Magnet A4 can be chosen wider than the others
  • the magnets A1, A2, A3, A4 and A5 are mounted on armatures 21, 22, 23, 24 and 25 respectively.
  • the armatures are such that they are firmly fixed, by stamping, to the magnets so as not to prevent the establishment of the magnetic field generated by each magnet, inside the chamber 13
  • These armatures can have various shapes In the case of the present embodiment, they have a ring shape such that their external diameter is substantially equal to the diameter of the yoke 11
  • the particular shape of the armature 23 is intended to support the magnet A3 separately from the magnet A2 which is capable of being superimposed above the same
  • the armature 25 has a shape adapted to superimposition of magnet A1 on magnet A5
  • the magnet A5 is therefore fixed but one can also imagine a movable armature.
  • the displacement of the magnet A5 would, for example, make it possible to adapt the dimensions of the confining magnetic field prevailing in the chamber. at the wavelength of the high-frequency wave used to obtain the electronic cyclotron resonance It would then be possible for a given configuration to vary the dimensions of the confining magnetic field so as to use a high-frequency wave of length d different wave to obtain the electronic cyclotron resonance Similarly, it would be possible by adapting the dimensions of the confining magnetic field to pass from one configuration to another, while modifying the wavelength of the high-frequency wave used , i.e. to obtain the electronic cyclotron resonance for different values R E CRZ and R ' ECRZ of the axial component of the field, as shown in Figures 1 and 2
  • the magnet A5 is placed at a distance H5 from the wall of the cylinder head 11 This distance H5 is preferably equal to a few millimeters Similarly, the magnet A1 is placed at a distance H1 from the internal wall of the cylinder head 11 The magnets A2 and A3 are moved to a respective distance H'2 and H'3, from the wall of the cylinder head 11
  • the magnet A1 has an internal diameter such that it can be superimposed on the magnet A5, the magnet A5 being integral with the frame 25
  • the frame 21 has an opening 26 of cylindrical section passing through it parallel to the axis z and capable of sliding along a cylindrical guide 27
  • the guide 27 is fixed parallel to the axis z, at one of these ends on the frame 25 and, at the other end, on the frame 24 , the magnets A4 and A5 being placed side by side This fixing can be carried out using screws or any other fixing means
  • the guide 27 makes it possible to ensure the exact parallelism, or even the superposition of the axis of revolution of the magnet A1 and the z axis
  • the length of the guide 27 is equal to the total width LA4 + LA5
  • the magnet A5 being fixed, the magnet A4 is also it It would however be possible to imagine a mobile magnet A4 whose movements would be coupled or not with the movements of the magnet A5 The advantages provided by such an embodiment would be the same as those exposed for a mobile A5 magnet
  • the frame 21 supporting the magnet A1 further comprises a through hole 28, parallel to the axis z This hole 28 is capable of sliding around a guide 29 fixed parallel to the axis z, on the wall of cylinder head 11 and on frame 25
  • the frames 22, 23 and 24 are also provided with openings 30a and 30b passing through them parallel to the axis z
  • the frames 22 and 23 are capable of sliding around this guide 29
  • the frames are thus all perfectly positioned relative to the z axis, thanks to the presence of these two guides 27 and 29
  • the presence of these two guides 27 and 29 also prevents any rotation of the magnets around the z axis
  • the holes 28, 30a and 30b are fitted with rings so as to facilitate the sliding of the armature on the guide 29
  • the magnets A2 and A3 are thus capable of moving along the axis between the magnet A4 and the internal wall of the cylinder head 11
  • the magnets A2 and A3 can move respectively up to distances H2 and H3 from the wall internal of the cylinder head 11
  • the distance H2 will be of the order of a few centimeters and the distance H3 will be of the order of a few centimeters (distances shown in FIG. 4)
  • the magnet A1 is moved using a screw 61 placed on the wall of the yoke 11
  • the frame 21 also includes a threaded hole 31 whose thread is capable of cooperating with the complementary thread 51 of the threaded rod 41
  • the length L1 of the possible translation of the magnet A1 along the axis z is between 0 and a few centimeters
  • the plates 22 and 23 respectively supporting the magnets A2 and A3 also include tapped holes 32 and 33 capable of cooperating with the rods 42 and 43, the ends of which include threads 52 and 53
  • the threaded end 52 of the rod 42 then cooperates with the threading of the tapped hole 32
  • the operation of the screw 62 allows the magnet A2 to be advanced or moved back along the z axis.
  • the length of the thread of the threaded rod 32 determines the length L2 of the displacement of the magnet A2.
  • the length of the displacement L2 will preferably be equal to a few centimeters
  • FIG. 5 shows the rod 43 terminated by the screw 63 located on the wall of the cylinder head 11
  • the rod 43 has a thread 53 only on its through end opposite the screw 63 This thread 53 is capable of cooperating with the tapped hole 33 formed in the frame 23
  • the rod 43 is placed parallel to the z axis
  • the operation of the screw 63 allows, as explained above, to move the magnet A3, parallel to the z axis
  • the rod 43 also passes through three hollow zones located on the frames 21, 24 and 22 Likewise, the length of the thread 53 of the rod 43 determines the length L3 of the translational movement of the magnet A3 Preferably, this length L3 will be between 0 and a few centimeters
  • the field B prevailing in the chamber 13 is the superposition of all the fields created by the different magnets
  • the magnet A4 can be a multipole, that is to say that it comprises a plurality of magnets whose poles are oriented in different directions. It is disposed substantially at a position corresponding to the middle of the length of the chamber and at a distance of the order of a few millimeters from the side wall 15
  • the field generated by the magnet A4 is essentially radial, that is to say that it generates a field represented by a vector B of any direction, located in a plane perpendicular to the direction of the axis z
  • Figure 6 represents, in more detail, this magnet A4 II is composed of several dipoles creating magnetic fields having different directions
  • A4 can thus be composed of an even number of dipoles oriented four by four The dipoles of the same direction but of opposite directions are diametrically opposed.
  • the dipoles are ordered according to the following pattern: centripetal dipole, dipole tangent to the circumference of the multipole A4 and directed towards the preceding centripetal dipole, centrifugal dipole, dipole having a direction tangent to the circumference of the multipole A4 and directed in the opposite direction of the dipole tangent to the circumference of the multipole A4 and directed towards the centripetal dipole.
  • the fields generated by each of the magnets A1, A2 A3 and A5 have a symmetry of revolution with respect to the z axis. They can advantageously also be substantially symmetrical with respect to the middle of the chamber 13.
  • Each of these fields consists of an axial component B z and a radial component B r whose modules decrease along the z axis, when we move away from the center of the magnet considered
  • the magnet A1 produces a magnetic field having a radial component oriented, in Figure 3, from top to bottom towards the z axis.
  • the same is true for the A3 magnet.
  • the magnets A1 and A5 produce a magnetic field whose radial component is oriented from bottom to top towards the z axis.
  • FIG. 4 shows the arrangement of the magnets to obtain a configuration of B z identical to that shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 We now describe Figure 4, starting with the area near the extraction system.
  • the magnets A2 and A3 are offset from each other, but are superimposed on a length M.
  • This length M has a determined value to obtain, near the extraction device, the appropriate value of the field B.
  • the chamber advantageously has dimensions equal to 1.5 times the wavelength in the vacuum of the heating wave, and the length M advantageously has a value of a few tens of centimeters.
  • the magnet A2 is placed at a distance H "2 from the axis, of the order of a few centimeters and the magnet A3 is placed at a distance H" 3 from the internal wall of the cylinder head 11, H ' 3 being of the order of a few centimeters. It will be noted that, in the particular case of FIG. 4, the distance H "3 is equal to the distance H3.
  • the electronic cyclotron resonance will be obtained with a high-frequency wave of frequency greater than 6.4 GHz.
  • the chamber advantageously has dimensions equal to 1.5 times the wavelength in the vacuum of the heating wave, and the length M advantageously has a value of a few centimeters.
  • M3 is substantially equal to the resonance value.
  • the axial component B z increases in modulus to reach a maximum value M2 in the zone where the magnets
  • the length N will be equal to a few millimeters.
  • the magnet A5 is placed at a distance H'5 from the internal wall of the cylinder head and the magnet A1 is placed at a distance H'1 from the wall of the cylinder head.
  • H'5 equal to H5 and H'1 is of the order of a few millimeters.
  • the magnets A2 and A3 are superimposed over their entire length and located at a respective distance H'2 and H'3 from the wall of the cylinder head 11.
  • An axial component is therefore obtained which is the superposition of the two maximum axial components obtained at the center of the magnets of the fields generated by the magnets A1 and A2 and which therefore reaches a maximum value at the combined centers of the two magnets.
  • the resulting field B has an axial component B z which results from the superposition of the axial components of the fields generated by the magnets A1, A2, A3 and A5.
  • the axial component has a module lower than the module it has when the magnets are arranged as in FIG. 3.
  • the minimum value N3 of the modulus of the axial component is of the order of 1.5 times the magnetic field of resonance.
  • the minimum value of the component B z is reached at an abscissa z representing half the length of the multipole A4, assuming that the fields generated by the magnets A1 and A2 are the symmetric of the fields generated by the magnets A3 and A5 relative to the middle of the chamber 13.
  • FIG. 7 represents a bottom view of FIG. 3, in which the input device 75 for the gaseous ions as well as the input device 77 for the metal ions, connected to an oven 78, appears.
  • FIG. 8a represents another possible arrangement of the field generating means.
  • the magnets A1 and A5 remain placed, for example, as in the arrangement shown in FIG. 3.
  • the magnets A2 and A3 are arranged at a distance H from the internal wall of the cylinder head 11 and superimposed along their entire length .
  • the axial component Bz of the field has the profile along z shown in FIG. 8b.
  • Bz therefore has a maximum at the center combined of the two magnets A2 and A3, then decreases to a minimum value between A3 and A4 to increase again in the area close to the superimposed magnets A4 and A1 and A1 and A5.
  • the magnets A1 and A5 being disposed respectively at a distance H "1 and H5 from the wall of the cylinder head.
  • Figure 9 is a perspective representation of the source according to the present invention.
  • the three screws 61, 62 and 3 are arranged on the cylinder head.
  • the displacement of the magnets is adjusted by measuring their respective displacement using the graduated openings 71, 72 and 73.
  • FIG. 9 represents the device for entering the gaseous ions 75 as well as the device for entering the metal ions 77.
  • the present source can in fact be connected to an oven 78 intended to generate metal atoms.
  • the source according to the present invention also adapts to any ion extraction system.
  • the magnetic field can be modulated by simple variation of the intensity which traverses the coil.
  • the modulation means for this purpose will include intensity variators placed inside or outside the cylinder head.
  • a device whose generator means would include both coils and magnets and whose modulation means include displacement means and means for regulating the intensity of the current flowing through the coils.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de modulation de la configuration d'un champ magnétique (B) défini par sa composante axiale (Bz) et sa composante radiale (Br), destiné au confinement d'un plasma engendré par résonance cyclotronique électronique à une valeur RECR du champ (B), et possédant une symétrie par rapport à un axe de révolution (z). De façon caractéristique, selon l'invention, on ajuste de manière continue et au moins localement l'intensité et/ou la direction du champ magnétique (B) pour moduler sa configuration dans un domaine où, le module de la composante axiale (Bz) prend des valeurs situées de part et d'autre de la valeur de résonance (RECRZ) et qui est délimité entre une première configuration dans laquelle les variations dudit module selon l'axe de révolution (z) présentent un gradient faible, et une seconde configuration, dans laquelle les variations dudit module présentent un gradient fort, la valeur du rapport: module maximum du champ magnétique/module minimum du champ magnétique, étant supérieure à 1,5 et de préférence supérieure à 2.

Description

PROCEDE DE MODULATION DE LA CONFIGURATION D'UN CHAMP MAGNETIQUE
La présente invention concerne un procédé destiné à moduler, de façon continue, la configuration d'un champ magnétique destiné au confinement d'un plasma engendré par résonance cyclotronique électronique ainsi qu'une source permettant la mise en oeuvre de ce procédé .
Les sources à résonance cyclotronique électronique, dites sources ECR, sont utilisées communément pour produire des ions mono-chargés ou multi-chargés (c'est-à-dire des atomes auxquels on a arraché un ou plusieurs électrons).
Le principe de ces sources ECR est de coupler, à l'intérieur d'une chambre sous vide alimentée en atomes (ces atomes peuvent provenir d'un gaz ou d'un métal), une onde haute-fréquence avec un champ magnétique B, de façon à obtenir les conditions dans lesquelles, une résonance cyclotronique est susceptible d'apparaître et d'ioniser les atomes présents, engendrant ainsi un plasma. Classiquement, on désigne par RECR, la valeur du module du champ magnétique B pour laquelle on obtient la résonance cyclotronique électronique. Généralement, la chambre contenant le plasma présente une symétrie de révolution par rapport à un axe que l'on nommera z.
Le champ magnétique B est produit par des moyens externes à la chambre sous vide. Ces moyens peuvent être constitués d'un ensemble de bobines parcourues d'un courant électrique ou d'un ensemble d'aimants permanents. Les bobines utilisées, si elles sont constituées de matériaux supraconducteurs, doivent être refroidies jusqu'à une température déterminée, par un système cryogénique approprié.
En cordonnées cylindriques, le champ B est défini par son module B et par l'angle θ qu'il forme avec l'axe de révolution z. On peut alors définir deux composantes du champ B, dont l'une est la projection du vecteur champ B sur l'axe z, appelée composante axiale et sera notée Bz par la suite; et l'autre, est la projection du vecteur B sur un plan perpendiculaire à l'axe z, appelée composante radiale et notée classiquement Br.
La configuration du champ magnétique à l'intérieur de la chambre sous vide détermine le nombre de charges portées par les ions du plasma. En particulier, la configuration de la composante axiale du champ magnétique est déterminante.
Quel que soit le type de source ECR, on peut définir, le long de l'axe z, deux zones extrêmes à l'intérieur de la chambre : la zone dite d'injection, où est introduite l'onde haute-fréquence et où sont également introduits les atomes de gaz ou de métal à ioniser. A l'opposé de cette zone d'injection, se situe la zone dite d'extraction. Cette zone d'extraction correspond à la sortie du faisceau d'ions de la chambre.
Il existe des sources ECR permettant de produire de forts flux d'ions mono-chargés (ayant une énergie de l'ordre de 200 KeV). Dans le cas de ces sources, la configuration du module de la composante axiale Bz, à l'intérieur de la chambre sous vide, est telle que représentée sur la figure 1. La courbe présente deux maxima M1 et M2 à des abscisses situées respectivement, dans les zones d'extraction et d'injection et un minimum intermédiaire M3, situé entre les deux maxima, à une abscisse correspondant à peu près au centre de la chambre. Ces deux maxima ont en général une valeur supérieure à la valeur RECRz de la composante axiale Bz pour laquelle on obtient la résonance cyclotronique électronique. La valeur maximale des différences M1-M3 et M2-M3 représente le gradient maximum de la composante axiale. Ce gradient est faible, en général de l'ordre de quelques pour-cent de la valeur maximale de la composante axiale.
Dans la chambre sous vide, la composante axiale a un module dont la valeur reste proche de la valeur RECRZ. Une telle composante axiale permet d'obtenir un couplage efficace entre l'onde haute-fréquence et le champ magnétique B. Les atomes sont ainsi rapidement ionisés et leur diffusion à l'intérieur de la chambre est rapide. L'extraction des ions s'effectue également à une valeur de Bz proche de la valeur RECRZ de résonance. Dans le cas d'une source produisant des ions multi-chargés, la configuration de la composante axiale Bz est telle que représentée sur la figure 2. La composante axiale Bz présente deux maxima N1 et N2 correspondant à des valeurs supérieures à la valeur RECRZ et situés près des zones d'injection et d'extraction. La valeur minimale notée N3, inférieure à la valeur RECRZ, est atteinte à l'intérieur de la chambre sous vide . A la différence de la configuration représentée sur la figure 1 , la valeur maximale des écarts N2-N3 ou N1-N3 qui représente le gradient maximum de la composante axiale est relativement importante, en général de l'ordre de 1 ,5 à 2,5. De plus les valeurs maximales obtenues aux points N1 et N2 sont plus élevées que les valeurs maximales M1 et M2 de la configuration représentée sur la figure 1 ; elles sont environ 1 ,5 fois plus élevées.
Lorsque la composante axiale du champ magnétique, à l'intérieur de la chambre sous vide, présente une configuration correspondant à la figure 2, il est possible d'obtenir des ions multi-chargés comme cela a déjà été décrit dans la demande de brevet français N° 91 -09945. Les ions d'abord mono-chargés restent confinés dans la chambre, dans la zone où la composante axiale du champ magnétique présente son minimum N3, c'est à dire, entre les deux maxima N1 et N2. Les électrons du plasma d'ions mono-chargés sont "chauffés" et atteignent progressivement de hautes énergies (de l'ordre de 1 MeV). Les chocs entre ces électrons de haute énergie et les ions mono-chargés provoquent l'ionisation profonde des couches électroniques ; des électrons situés sur les couches plus proches du noyau de l'atome sont arrachés, conduisant alors, à la formation d'ions multi-chargés. Ces ions multi-chargés sont ensuite extraits dans la zone dite d'extraction où la composante axiale du champ magnétique a une valeur supérieure à la valeur RECRz.
La production d'ions mono-chargés et la production d'ions multi- chargés nécessitent donc deux types distincts de source ECR présentant des configurations de la composante axiale Bz différentes à l'intérieur de la chambre sous vide.
Or, d'un point de vue industriel, pour la production d'ions radioactifs, il est en général plus facile d'ioniser un grand nombre d'ions mono-chargés, mais, pour des raisons de facilité d'accélération, il est parfois nécessaire de produire des ions multi-chargés. De même, pour l'implantation ionique, utilisée notamment pour la fabrication de circuit intégrés, on utilise en général des faisceaux intenses d'ions mono-chargés. Néanmoins, une implantation localement plus profonde des ions nécessite d'utiliser des ions possédant une plus haute énergie et donc des ions multi-chargés. Le fait de devoir disposer de deux sources ECR distinctes pour la production des deux types d'ions implique d'une part, un coût élevé de la production et d'autre part, des opérations de passage d'une source à l'autre. Dans ces conditions, il est nécessaire à chaque changement de source de procéder à une nouvelle installation ce qui peut être extrêmement long et fastidieux et présente également des risques, toute manipulation d'une source risquant en effet de l'endommager.
La présente invention se propose donc de résoudre les problèmes techniques posés par l'art antérieur, précédemment exposés.
Ce but est atteint au moyen d'un procédé de modulation de la configuration du champ magnétique B défini par sa composante axiale Bz et sa composante radiale Br) destiné au confinement d'un plasma engendré par résonance cyclotronique électronique à une valeur RECR du champ B, et possédant une symétrie par rapport à un axe de révolution z. Selon ce procédé, on ajuste de manière continue et au moins localement l'intensité et/ou la direction du champ magnétique B pour moduler sa configuration dans un domaine où, le module de la composante axiale Bz prend des valeurs situées de part et d'autre de la valeur de résonance RECR2 et qui est délimité, entre une première configuration dans laquelle les variations dudit module selon l'axe de révolution z présentent un gradient faible, et une seconde configuration, dans laquelle les variations dudit module présentent un gradient fort, la valeur du rapport : module maximum du champ magnétique / module minimum du champ magnétique, étant supérieure à 1 ,5 et de préférence supérieure à 2.
Ce procédé a pour avantage de pouvoir créer un champ magnétique B, à l'intérieur de la chambre, ayant toute configuration intermédiaire aux deux configurations extrêmes définies ci-dessus. Ce procédé peut s'appliquer à toute sorte de moyens générateurs de champ magnétique, à savoir, un aimant permanent, une bobine, un système utilisant des supraconducteurs, ou une combinaison de deux ou plus de ces moyens. On peut, selon ce procédé, passer de façon continue d'une configuration de champ magnétique destinée à produire des ions monochargés à une configuration permettant la production d'ions multi-chargés.
Avantageusement, on crée le champ B à l'intérieur d'une chambre sous vide, en utilisant des moyens générateurs disposés à l'extérieur de la chambre. Avantageusement, on ajuste de manière continue et au moins localement l'intensité et/ou la direction du champ magnétique B dans ladite chambre en déplaçant au moins une partie des moyens générateurs.
Par exemple, on peut déplacer les moyens générateurs de champ magnétique dans une direction parallèle à l'axe de révolution z du champ B.
Une autre possibilité, qui n'exclue par d'être utilisée en combinaison avec celle exposée précédemment, consiste à ajuster au moins localement l'intensité et/ou la direction dudit champ magnétique B en réglant les moyens générateurs. Les moyens générateurs pouvant être réglés en faisant varier, par exemple, l'intensité de leur courant d'alimentation.
Avantageusement, on module le champ B de manière à ce que son module soit compris entre 0,1 et 3 fois la valeur du module du champ magnétique pour lequel on obtient la résonance. De préférence, on fait varier la direction dudit champ magnétique de manière à ce que l'angle θ que forme ledit vecteur champ B avec l'axe de révolution z soit compris entre 0° et 90°.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif pour la mise en .uvre du procédé exposé précédemment. Ce but est atteint au moyen d'une source d'ions mono- et multi- chargés du type comprenant :
- des moyens générateurs d'un champ magnétique B situé à l'extérieur de ladite chambre sous vide ; ce champ magnétique B, défini par sa composante axiale Bz et sa composante radiale Br ; est destiné au confinement du plasma engendré par résonance cyclotronique électronique à une valeur RECR et possède une symétrie par rapport à un axe de révolution z,
- une chambre sous vide destinée à contenir un plasma ;
- des moyens de propagation d'une onde haute-fréquence à l'intérieur de la chambre ;
- des moyens d'injection des atomes à ioniser dans ladite chambre
- des moyens d'extraction des ions constitutifs du plasma ; cette source comporte en outre des moyens de modulation de la configuration du champ magnétique B par ajustement, au moins local, de la direction et/ou de l'intensité dudit champ magnétique B. Il est alors possible d'utiliser la même source pour produire des ions mono-chargés et des ions multi-chargés. Ceci présente de nombreux avantages, en particulier, une grande souplesse d'utilisation puisqu'un seul et même appareil permet alors la production des deux types d'ions, ce qui réduit considérablement le coût de production de ces ions.
Tout type de moyens générateurs de champ magnétique peut être utilisé, des bobines, des matériaux supraconducteurs ou autre. Une combinaison de deux ou plusieurs de ces moyens peut également être envisagée. Par exemple, les moyens générateurs comportent au moins un dipôle magnétique possédant une symétrie par rapport à un axe de révolution parallèle à l'axe z et entourant la chambre. Ce mode de réalisation a pour avantage de créer aisément les deux types configuration pour la composante axiale Bz du champ B. Avantageusement, ce dipôle est porté par au moins un aimant permanent. Les aimants permanents étant peu coûteux, leur utilisation permet de réduire encore le prix de revient de la source.
Avantageusement, les moyens de modulation du champ magnétique B comportent des organes de déplacement des moyens générateurs. Le déplacement des moyens générateurs peut s'effectuer dans toute direction, par translation ou par rotation autour d'un axe quelconque.
Par exemple, selon un mode de réalisation particulier, ces organes de déplacement comportent au moins une armature fixée dans une positon parallèle audit axe de révolution z et maintenant au moins une partie desdits moyens générateurs ; l'armature est munie d'un trou taraudé la traversant parallèlement à l'axe de révolution z et est susceptible de coopérer avec une tige filetée disposée parallèlement à l'axe de révolution z, de façon à l'entraîner en déplacement parallèlement à l'axe z. Selon un autre mode de réalisation, les moyens générateurs comportent au moins une bobine parcourue d'un courant d'intensité déterminée.
Avantageusement, les moyens de modulation dudit champ magnétique B comportent alors, en outre, des moyens de réglage de l'intensité du courant d'alimentation de la bobine. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente les variations du module de la composante axiale du champ magnétique régnant dans la chambre sous vide dans le cas d'une production d'ions mono-chargés ,
- la figure 2 représente les variations du module de la composante axiale du champ magnétique régnant dans la chambre sous vide dans le cas d'une production d'ions multi-chargés ,
- la figure 3 représente un mode de réalisation particulier de la présente invention, dans lequel les moyens générateurs du champ sont disposés de manière à former, dans la chambre sous vide, la configuration magnétique adaptée à la production d'ions multi-chargés , - la figure 4 représente une coupe de la figure 3 selon l'axe IV-IV sur laquelle les moyens générateurs de champ sont disposés de façon à former, dans la chambre, la configuration magnétique adaptée à la production d'ions mono-chargés ,
- la figure 5 est un détail du mode de réalisation particulier représenté sur les figures 3 et 4 ,
- la figure 6 est une vue de gauche de la figure 3 ,
- la figure 7 représente une vue de dessous d'une partie de la figure 3 ,
- la figure 8a représente une autre disposition possible des moyens générateurs de champs et la figure 8b représente la configuration correspondante de la composante axiale du champ ,
- la figure 9 représente une vue en perspective de la source correspondant au mode de réalisation représenté sur les figures 3 à 6
En se référant à la figure 3, les principaux éléments constitutifs de la présente invention vont maintenant être décrits
La source de la présente invention comporte classiquement une culasse 11 possédant une symétrie de révolution par rapport à un axe z Cette culasse 11 est réalisée avec un matériau tel que l'aluminium et renferme les moyens générateurs de champ La culasse 11 comporte en son centre, une ouverture cylindrique délimitant partiellement la chambre 13 qui sera mise sous vide Dans le cas présent, la chambre 13 et la culasse 11 possèdent le même axe de révolution z que le champ magnétique lui-même. Toute autre géométrie de la culasse 11 et de la chambre 13 peuvent également être envisagées sans rapport quelconque avec la géométrie du champ magnétique régnant dans cette chambre 13. Une paroi latérale 15 réalisée en un métal quelconque amagnétique tel que, par exemple, l'aluminium ou l'acier inoxydable, est fixée de manière étanche sur les parois de l'ouverture cylindrique de la culasse 11 constitue la surface latérale externe de la chambre 13 servant de chambre à plasma. En se référant à la figure 3, à l'extrémité gauche de la chambre 13, se situe la zone d'extraction reliée au système d'extraction 16 dont une partie 18 pénètre à l'intérieur de la chambre 13. La partie 18 pénètre jusqu'à une abscisse z1 déterminée à laquelle la composante axiale B2 du champ magnétique B a la valeur requise pour l'extraction des ions. De préférence, z1 est égale à quelques centimètres selon la tension d'extraction.
A l'extrémité opposée de la zone d'extraction, se situe le système de guidage de l'onde haute-fréquence (H. F.) 19 et le système d'injection des atomes à ioniser 20. Le système de guidage de l'onde 19 comporte une fenêtre H. F. 19a, perméable à l'onde mais permettant de maintenir le vide dans la chambre 13, et un guide d'onde 19b qui guide l'onde haute- fréquence jusqu'à l'intérieur de la chambre 13. Le système d'injection des atomes 20 sera expliqué plus en détails par la suite, en se référant à la figure 7. Le système d'extraction 16, le système de guidage de l'onde 19b et le système d'injection des atomes 20 sont reliés de façon parfaitement étanche à la chambre 13 au moyen de joints appropriés. La chambre 13 s'étend de l'extrémité de la partie 20 à la paroi interne de la culasse 11.
Dans l'exemple présenté, les moyens générateurs sont des aimants permanents, respectivement, A1 , A2, A3, A4 et A5 ayant une forme de bague et disposés de façon à ce que leur axe de révolution se confonde sensiblement avec l'axe de révolution z de la chambre 13. Les diamètres sensiblement égaux des aimants A1 et A2 sont supérieurs aux diamètres des aimants A3, A4 et A5.
Les dimensions respectives des aimants, c'est-à-dire leurs diamètres internes, leurs diamètres externes et leurs largeurs (LA1 , LA2, LA3, LA4 et LA5) sont déterminés en fonction des dimensions de la chambre 13 Les dimensions de la chambre 13 sont elles-mêmes définies en fonction de la longueur d'onde de l'onde haute-fréquence
Comme représenté sur la figure 3, les aimants A1 et A5 peuvent être de même largeur, de même que les aimants A2 et A3 De préférence, les aimants A1 et A5 sont plus larges que les aimants A2 et A3 L'aimant A4 peut être choisi plus large que les autres
Les aimants A1 , A2, A3, A4 et A5 sont montés sur des armatures respectivement 21 , 22, 23, 24 et 25 Les armatures sont telles qu'elles sont fermement fixées, par emboutissage, aux aimants de façon à ne pas empêcher l'établissement du champ magnétique généré par chaque aimant, à l'intérieur de la chambre 13 Ces armatures peuvent présenter des formes variées Dans le cas du présent mode de réalisation, elles ont une forme de bague telle que leur diamètre externe soit sensiblement égal au diamètre de la culasse 11 La forme particulière de l'armature 23 est destinée à supporter l'aimant A3 séparément de l'aimant A2 qui est susceptible de se superposer au-dessus de celui-ci De même, l'armature 25 a une forme adaptée à la superposition de l'aimant A1 sur l'aimant A5
Sur la figure 3, on peut remarquer que l'armature 25 est placée en butée contre la paroi interne de la culasse 11 et y est fixée à l'aide de vis ou de tout autre moyen de fixation
Dans le mode de réalisation particulier représenté, l'aimant A5 est donc fixe mais on peut également imaginer une armature 25 mobile Le déplacement de l'aimant A5 permettrait, par exemple, d'adapter les dimensions du champ magnétique de confinement régnant dans la chambre à la longueur d'onde de l'onde haute-fréquence utilisée pour obtenir la résonance cyclotronique électronique II serait alors possible pour une configuration donnée de faire varier les dimensions du champ magnétique de confinement de manière à utiliser une onde haute- fréquence de longueur d'onde différente pour obtenir la résonance cyclotronique électronique De même, il serait possible en adaptant les dimensions du champ magnétique de confinement de passer d'une configuration à une autre, tout en modifiant la longueur d'onde de l'onde haute-fréquence utilisée, c'est-à-dire d'obtenir la résonance cyclotronique électronique pour des valeurs différentes RECRZ et R'ECRZ de la composante axiale du champ, comme cela est représenté sur les figures 1 et 2
Sur la figure 3, l'aimant A5 est placé à une distance H5 de la paroi de la culasse 11 Cette distance H5 est de préférence égale à quelques millimètres De même, l'aimant A1 est placé à une distance H1 de la paroi interne de la culasse 11 Les aimants A2 et A3 sont déplacés jusqu'à une distance respective H'2 et H'3, de la paroi de la culasse 11
L'aimant A1 a un diamètre interne tel qu'il peut être superposé sur l'aimant A5, l'aimant A5 étant solidaire de l'armature 25 L'armature 21 comporte une ouverture 26 de section cylindrique la traversant parallèlement à l'axe z et susceptible de coulisser le long d'un guide cylindrique 27 Le guide 27 est fixé parallèlement à l'axe z, à l'une de ces extrémités sur l'armature 25 et, à l'autre extrémité, sur l'armature 24, les aimants A4 et A5 étant placés cote à cote Cette fixation peut être réalisée à l'aide de vis ou de tout autre moyen de fixation Le guide 27 permet d'assurer l'exact parallélisme, voire même la superposition de l'axe de révolution de l'aimant A1 et l'axe z De préférence, la longueur du guide 27 est égale à la largeur totale LA4 +LA5
Selon ce mode de réalisation, l'aimant A5 étant fixe, l'aimant A4 l'est aussi II serait pourtant possible d'imaginer un aimant A4 mobile dont les mouvements seraient couplés ou non aux mouvements de l'aimant A5 Les avantages apportés par un tel mode de réalisation seraient les mêmes que ceux exposés pour un aimant A5 mobile
L'armature 21 supportant l'aimant A1 comporte, en outre, un trou débouchant 28, parallèle à l'axe z Ce trou 28 est susceptible de coulisser autour d'un guide 29 fixé parallèlement à l'axe z, sur la paroi de la culasse 11 et sur l'armature 25
Les armatures 22, 23 et 24 sont également pourvues d'ouvertures 30a et 30b les traversant parallèlement à l'axe z Les armatures 22 et 23 sont susceptibles de coulisser autour de ce guide 29 Les armatures sont ainsi toutes parfaitement positionnées par rapport à l'axe z, grâce à la présence de ces deux guides 27 et 29 La présence de ces deux guides 27 et 29 évite également toute rotation des aimants autour de l'axe z On peut également prévoir une pluralité de guides équipant la circonférence des armatures Classiquement, les trous 28, 30a et 30b sont équipés de bagues de façon à faciliter le glissement de l'armature sur le guide 29
Les aimants A2 et A3 sont ainsi susceptibles de se déplacer le long de l'axe entre l'aimant A4 et la paroi interne de la culasse 11 Les aimants A2 et A3 peuvent se déplacer respectivement jusqu'à des distances H2 et H3 de la paroi interne de la culasse 11 De préférence, la distance H2 sera de l'ordre de quelques centimètres et la distance H3 sera de l'ordre de quelques centimètres (distances figurées sur la figure 4)
Un exemple de moyens de déplacement en translation des aimants va maintenant être décrit en se référant aux figures 4 et 5
Le déplacement de l'aimant A1 s'effectue à l'aide d'une vis 61 placée sur la paroi de la culasse 11 L'armature 21 comporte également un trou taraudé 31 dont le filetage est susceptible de coopérer avec le filetage complémentaire 51 de la tige filetée 41 De préférence, la longueur L1 de la translation possible de l'aimant A1 le long de l'axe z est comprise entre 0 et quelques centimètres
En vissant ou dévissant la vis 61 située sur la culasse 11 , on provoque ainsi le déplacement de l'ensemble formé par l'armature 21 et l'aimant A1 Ce déplacement s'effectue en translation par rapport à l'axe de révolution z de la chambre A nouveau, les guides 27 et 29 assurent le parallélisme de cette translation avec l'axe z
De même, les armatures 22 et 23 supportant respectivement les aimants A2 et A3 comportent également des trous taraudés 32 et 33 susceptibles de coopérer avec les tiges 42 et 43 dont les extrémités comportent des filetages 52 et 53 La tige 42 se termine par la vis 62 située sur la culasse 11 Cette tige traverse une partie évidée située sur l'armature 23 et 24 L'extrémité filetée 52 de la tige 42 vient alors coopérer avec le filetage du trou taraudé 32 De la même façon que précédemment, la manoeuvre de la vis 62 permet d'avancer ou de reculer l'aimant A2 le long de l'axe z La longueur du filetage de la tige filetée 32 détermine la longueur L2 du déplacement de l'aimant A2 La longueur du déplacement L2 sera de préférence égale à quelques centimètres
La figure 5 représente la tige 43 terminée par la vis 63 située sur la paroi de la culasse 11 La tige 43 comporte un filetage 53 uniquement sur son extrémité traversant opposée à la vis 63 Ce filetage 53 est susceptible de coopérer avec le trou taraudé 33 ménagé dans l'armature 23 La tige 43 est placée parallèlement à l'axe z La manoeuvre de la vis 63 permet comme exposé précédemment de déplacer l'aimant A3, parallèlement à l'axe z La tige 43 traverse également trois zones évidées situées sur les armatures 21 , 24 et 22 De même, la longueur du filetage 53 de la tige 43 détermine la longueur L3 du déplacement en translation de l'aimant A3 De préférence, cette longueur L3 sera comprise entre 0 et quelques centimètres
On vient de décrire un exemple de moyens permettant un déplacement en translation des moyens générateurs de champ magnétique qui dans l'exemple précédent sont représentés par des aimants permanents II est évidemment possible d'imaginer ce même dispositif appliqué à des bobines parcourues d'un courant ou à des matériaux supraconducteurs On peut également coupler ce dispositif permettant un déplacement en translation avec tout autre dispositif permettant d'autres déplacements, dans d'autres directions, des moyens générateurs de champ (translation selon une autre direction, rotation, etc )
On va maintenant décrire le procédé appliqué au mode de réalisation particulier décrit précédemment, permettant de passer de la configuration de Bz représentée sur la figure 1 , à la configuration de B2 représentée sur la figure 2
Le champ B régnant dans la chambre 13 est la superposition de tous les champs créés par les différents aimants
L'aimant A4 peut être un multipôle, c'est-à-dire qu'il comporte une pluralité d'aimants dont les pôles sont orientés selon différentes directions II est disposé sensiblement à une position correspondant au milieu de la longueur de la chambre et à une distance de l'ordre de quelques millimètres de la paroi latérale 15
Le champ généré par l'aimant A4 est essentiellement radial, c'est- à-dire qu'il génère un champ représenté par un vecteur B de direction quelconque, situé dans un plan perpendiculaire à la direction de l'axe z La figure 6 représente, plus en détails, cet aimant A4 II est composé de plusieurs dipôles créant des champs magnétiques ayant des directions différentes A4 peut ainsi être composé d'un nombre pair de dipôles orientés quatre par quatre Les dipôles de même direction mais de sens contraires sont diamétralement opposés. Dans un plan perpendiculaire à l'axe z, on peut définir deux directions perpendiculaires selon lesquelles sont situés des dipôles ayant une orientation centripète (selon l'axe vertical) et une orientation centrifuge (selon l'axe horizontal). Les dipôles sont ordonnés selon le motif suivant : dipôle centripète, dipôle tangent à la circonférence du multipôle A4 et dirigé vers le dipôle centripète précédent, dipôle centrifuge, dipôle ayant une direction tangente à la circonférence du multipôle A4 et dirigé dans le sens opposé du dipôle tangent à la circonférence du multipôle A4 et dirigé vers le dipôle centripète. Les champ générés par chacun des aimants A1 , A2 A3 et A5 présentent une symétrie de révolution par rapport à l'axe z. Ils peuvent avantageusement de plus être sensiblement symétriques par rapport au milieu de la chambre 13. Chacun de ces champs est constitué d'une composante axiale Bz et d'une composante radiale Br dont les modules décroissent selon l'axe z, lorsqu'on s'éloigne du centre de l'aimant considéré.
Comme représenté sur la figure 3, l'aimant A1 produit un champ magnétique ayant une composante radiale orientée, sur la figure 3, de haut en bas vers l'axe z. Il en est de même pour l'aimant A3. Les aimants A1 et A5 produisent un champ magnétique dont la composante radiale est orientée de bas en haut vers l'axe z.
La figure 4 représente la disposition des aimants pour obtenir une configuration de Bz identique à celle représentée par la figure 1.
On décrit maintenant la figure 4, en commençant par la zone située près du système d'extraction. Les aimants A2 et A3 sont décalés l'un par rapport à l'autre, mais se superposent sur une longueur M. Cette longueur M a une valeur déterminée pour obtenir, près du dispositif d'extraction, la valeur adéquate du champ B. Pour une résonance magnétique obtenue par une onde de fréquence supérieure à 1 GHz, la chambre a avantageusement des dimensions égales à 1 ,5 fois la longueur d'onde dans le vide de l'onde de chauffage, et la longueur M a avantageusement une valeur de quelques dizaines de centimètres.
Avantageusement, l'aimant A2 est placé à une distance H"2 de l'axe, de l'ordre de quelques centimètres et l'aimant A3 est placé à une distance H"3 de la paroi interne de la culasse 11 , H'3 étant de l'ordre de quelques centimètres. On notera que, dans le cas particulier de la figure 4, la distance H"3 est égale à la distance H3.
Avantageusement, la résonance cyclotronique électronique sera obtenue avec une onde haute-fréquence de fréquence supérieure à 6,4 Ghz. Dans ce cas, la chambre a avantageusement des dimensions égales à 1 ,5 fois la longueur d'onde dans le vide de l'onde de chauffage, et la longueur M a, avantageusement, une valeur de quelques centimètres.
Lorsqu'on s'éloigne de cette zone de superposition, on s'éloigne des centres respectifs des aimants A2 et A3, le champ qui en résulte à une composante axiale B2 qui décroît et passe par une valeur minimale M3 inférieure à la valeur de résonance RECRz puis croit à nouveau lorsqu'on se rapproche des aimants A1 et A5. De préférence, M3 est sensiblement égale à la valeur de résonance.
De même, dans la zone où les aimants A1 et A5 sont superposés sur une longueur N, la composante axiale Bz augmente en module pour atteindre une valeur maximale M2 dans la zone où les aimants
A1 et A5 sont superposés. Avantageusement la longueur N sera égale à quelques millimètres.
Avantageusement, l'aimant A5 est placé à une distance H'5 de la paroi interne de la culasse et l'aimant A1 est placé à une distance H'1 de la paroi de la culasse. On a par exemple, H'5 égale à H5 et H'1 est de l'ordre de quelques millimètres.
En déplaçant simultanément ou successivement les aimants A1 , A2 et A3, en actionnant les vis 61 , 62, 63 disposées sur la culasse 11 , on parvient à disposer lesdits aimants de manière à obtenir un champ ayant une composante axiale dont la configuration est identique à celle représentée sur la figure 2. Une telle disposition des aimants est représentée sur la figure 3.
En commençant par la zone d'extraction, on remarque que les aimants A2 et A3 sont superposés sur toute leur longueur et situés à une distance respective H'2 et H'3 de la paroi de la culasse 11. On obtient donc une composante axiale qui est la superposition des deux composantes axiales maximales obtenues au centre des aimants des champs générés par les aimants A1 et A2 et qui donc atteint une valeur maximale aux centres confondus des deux aimants. Dans la zone où se situe l'aimant A4, le champ résultant B a une composante axiale Bz qui résulte de la superposition des composantes axiales des champs générés par les aimants A1 , A2, A3 et A5. Cette zone se trouvant plus éloignée du centre des aimants A2 et A3 et des centres des aimants A5 et A1 que dans la disposition représentée sur la figure 3, la composante axiale a un module inférieur au module qu'elle a lorsque les aimants sont disposés comme sur la figure 3. La valeur minimale N3 du module de la composante axiale est de l'ordre de 1 ,5 fois le champ magnétique de résonance. Généralement, la valeur minimale de la composante Bz est atteinte à une abscisse z représentant la moitié de la longueur du multipôle A4, en supposant que les champs engendrés par les aimants A1 et A2 sont les symétriques des champs générés par les aimants A3 et A5 par rapport au milieu de la chambre 13. De façon symétrique, on obtient un maximum en module de la composante Bz pour la zone où les deux aimants A1 et A5 sont superposés. Les aimants A1 et A5 étant superposés selon toute leur longueur, le maximum obtenu avec cette disposition est supérieur au maximum obtenu lorsqu'une longueur déterminée est superposée. La figure 7 représente une vue de dessous de la figure 3, sur laquelle figure le dispositif d'entrée 75 des ions gazeux ainsi que le dispositif d'entrée 77 des ions métalliques, relié à un four 78.
La figure 8a représente une autre disposition possible des moyens générateurs de champ. Selon cette disposition, les aimants A1 et A5 restent placés, par exemple, comme dans la disposition représentée sur la figure 3. Les aimants A2 et A3 sont disposés à une distance H de la paroi interne de la culasse 11 et superposés selon toute leur longueur.
Il en résulte que la composante axiale Bz du champ présente le profil selon z représenté sur la figure 8b. Bz présente donc un maximum au centre confondus des deux aimants A2 et A3, puis décroît jusqu'à une valeur minimale entre A3 et A4 pour croître à nouveau dans la zone proche des aimants superposés A4 et A1 et A1 et A5. Les aimants A1 et A5 étant disposés respectivement à une distance H"1 et H5 de la paroi de la culasse. Il existe une multitude de configurations magnétiques que l'on peut obtenir en déplaçant un seul aimant ou en déplaçant simultanément plusieurs aimants.
La figure 9 est une représentation en perspective de la source selon la présente invention. Les trois vis 61 , 62 et 3 sont disposées sur la culasse. Le réglage du déplacement des aimants s'effectue en mesurant leur déplacement respectifs à l'aide des ouvertures graduées 71 , 72 et 73.
La figure 9 représente le dispositif d'entrée des ions gazeux 75 ainsi que le dispositif d'entrée des ions métalliques 77. La présente source peut en effet être connectée à un four 78 destiné à générer des atomes métalliques.
La source selon la présente invention s'adapte également à tout système d'extraction des ions.
On peut également imaginer de remplacer les aimants permanents par des bobines parcourues de courant ; ces bobines étant réalisées avec un matériau supra conducteur ou non. Dans le cas de bobines, le champ magnétique peut être modulé par simple variation de l'intensité qui parcourt la bobine. Les moyens de modulation comprendront à cet effet des variateurs d'intensité placés à l'intérieur ou à l'extérieur de la culasse. On peut également imaginer un dispositif dont les moyens générateurs comprendraient à la fois des bobines et des aimants et dont les moyens de modulation comprennent des moyens de déplacement et des moyens de régulation de l'intensité du courant parcourant les bobines.

Claims

Revendications
1. Procédé de modulation de la configuration d'un champ magnétique (B) défini par sa composante axiale (Bz) et sa composante radiale (Br), destiné au confinement d'un plasma engendré par résonance cyclotronique électronique à une valeur RECR du champ (B), et possédant une symétrie par rapport à un axe de révolution (z), caractérisé en ce que : - on ajuste de manière continue et au moins localement l'intensité et/ou la direction du champ magnétique (B) pour moduler sa configuration dans un domaine où, le module de la composante axiale (Bz) prend des valeurs situées de part et d'autres de la valeur de résonance (RECRZ) et qui est délimité entre une première configuration dans laquelle les variations dudit module selon l'axe de révolution (z) présentent un gradient faible ; et une seconde configuration, dans laquelle les variations dudit module présentent un gradient fort, la valeur du rapport : module maximum du champ magnétique / module minimum du champ magnétique, étant supérieure à 1 ,5 et de préférence supérieure à 2.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on crée ledit champ (B) à l'intérieur d'une chambre (13) sous vide, en utilisant des moyens générateurs de champ magnétique (A1 , A2, A3, A4, A5), lesdits moyens étant disposés à l'extérieur de ladite chambre (13).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé on ajuste de manière continue et au moins localement l'intensité et/ou la direction du champ magnétique (B) dans ladite chambre (13) en déplaçant au moins une partie des moyens générateurs (A1 , A2, A3, A4, A5).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on déplace lesdits moyens générateurs (A1 , A2, A3, A4, A5) dans une direction parallèle à l'axe de révolution (z) dudit champ (B).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on ajuste au moins localement l'intensité et/ou la direction dudit champ magnétique (B) en réglant les moyens générateurs (A1 , A2. A3, A4, A5).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que on règle lesdits moyens générateurs (A1 , A2, A3, A4, A5) en faisant varier l'intensité du courant d'alimentation desdits moyens.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on module ledit champ (B) de manière à ce que son module soit compris entre 0,1 et 3 fois la valeur du module du champ magnétique de résonance.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on fait varier la direction dudit champ magnétique de manière à ce que l'angle θ que forme ledit vecteur champ (B) avec l'axe de révolution (z) est compris entre 0° et 90°.
9. Source d'ions mono- et multi-chargés du type comprenant :
- des moyens générateurs (A1 , A2, A3, A4, A5) d'un champ magnétique (B) situés à l'extérieur d'une chambre sous vide (13), ledit champ magnétique (B) étant défini par sa composante axiale (Bz) et sa composante radiale (Br), destiné au confinement dudit plasma engendré par résonance cyclotronique électronique à une valeur RËCR dudit champ (B), et possédant une symétrie par rapport à un axe de révolution (z), - une chambre (13) sous vide destinée à contenir ledit plasma ;
- des moyens de propagation (19, 19a, 19b) d'une onde haute- fréquence à l'intérieur de la chambre (13) ;
- des moyens d'injection (20) des atomes à ioniser dans ladite chambre (13) ; - des moyens d'extraction (16, 18) des ions constitutifs dudit plasma ; caractérisée en ce que, ladite source comporte en outre des moyens de modulation (61 , 62, 63) de la configuration du champ magnétique (B) par ajustement au moins local de la direction et/ou de l'intensité dudit champ magnétique (B).
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs (A1 , A2, A3, A4, A5) comportent au moins un dipôle magnétique possédant une symétrie par rapport à un axe de révolution parallèle audit axe de révolution (z) dudit champ (B) et entourant ladite chambre (13).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit dipôle est porté par au moins un aimant permanent (A1 , A2, A3, A4, A5).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 , caractérisé en ce que lesdits moyens de modulation (61 , 62, 63) dudit champ magnétique (B), comportent des organes de déplacement (41 , 42, 43) desdits moyens générateurs.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits organes de déplacement (51 , 52, 53) comportent au moins une armature fixée (21 , 22, 23) dans une positon parallèle audit axe de révolution (z) et maintenant au moins une partie desdits moyens générateurs, ladite armature étant munie d'un trou taraudé (31 , 32, 33) la traversant parallèlement à l'axe de révolution (z) et susceptible de coopérer avec une tige filetée disposée parallèlement à l'axe de révolution (z) de façon à entraîner ladite armature en déplacement parallèlement audit axe de révolution (z).
14. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs (A1 , A2, A3, A4, A5) comportent au moins une bobine parcourue d'un courant d'intensité déterminée.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de modulation dudit champ magnétique (B), comportent en outre des moyens de réglage de l'intensité du courant d'alimentation de ladite bobine.
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