JPS583577B2 - Aeon Hatsei Souchi - Google Patents
Aeon Hatsei SouchiInfo
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- JPS583577B2 JPS583577B2 JP50084088A JP8408875A JPS583577B2 JP S583577 B2 JPS583577 B2 JP S583577B2 JP 50084088 A JP50084088 A JP 50084088A JP 8408875 A JP8408875 A JP 8408875A JP S583577 B2 JPS583577 B2 JP S583577B2
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- cathode
- anode
- magnetic field
- discharge
- gas
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は大出力化を図れるようにしたイオン発生装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion generator capable of achieving high output.
最近、核物理の分野は勿論のこと各種の分野に亘ってイ
オンビームが応用されている。Recently, ion beams have been applied not only to the field of nuclear physics but also to various other fields.
イオンビームを得るにはイオン発生装置が必要であるが
、このイオン発生装置としては従来、種々の型式のもの
が提案されている。An ion generator is required to obtain an ion beam, and various types of ion generators have been proposed in the past.
その代表的なものとしては気中放電による電子の衝突電
離を利用したものがあげられる。A typical example is one that utilizes the impact ionization of electrons caused by air discharge.
この型式のイオン発生装置は、真空中に陽極と陰極とを
設け、この両電極間で放電を起こさせ、放電によって得
られた電子を特定ガスに衝突させることによって上記ガ
スをイオン化させるように構成されている。This type of ion generator has an anode and a cathode placed in a vacuum, generates a discharge between the two electrodes, and causes the electrons obtained by the discharge to collide with a specific gas, thereby ionizing the gas. has been done.
ところで、この種イオン発生装置にあっても大出力のも
のが出現すれば伺かと都合がよい。By the way, it would be very convenient if a high-output ion generator of this kind appeared.
しかし、大出力化を図るためには、伺らかの手段で、陰
極を良好に冷却する必要がある。However, in order to achieve high output, it is necessary to properly cool the cathode by some means.
すなわち、発生したイオンの一部は陰極に衝突し、陰極
への入力密度はたとえば100Kw/cm2にも達する
。That is, some of the generated ions collide with the cathode, and the input density to the cathode reaches, for example, 100 Kw/cm2.
したがって、何らかの手段で陰極を冷却する必要がある
が、現在のところこれを達成する適当な手段がなく、こ
のため、大出力のものが存在しないのが実情である。Therefore, it is necessary to cool the cathode by some means, but at present there is no suitable means for achieving this, and for this reason, the reality is that there is no one with a high output.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、陰極へ衝突するイオン量を十分小
さな値に抑えることができ、もって陰極の冷却を容易化
できるとともに大出力化を図り得るイオン発生装置を提
供することにある。The present invention was developed in view of the above circumstances, and its purpose is to suppress the amount of ions that collide with the cathode to a sufficiently small value, thereby facilitating cooling of the cathode and increasing output power. An object of the present invention is to provide an ion generator capable of achieving the following.
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.
第1図において、図中1は真空容器であり、この容器1
の壁の一部には孔2が設けてある。In FIG. 1, 1 in the figure is a vacuum container, and this container 1
A hole 2 is provided in a part of the wall.
上記孔2の外側周縁部に形成したフランジ30には、上
記容器1の壁の一部となり得るように筒状容器3が気密
に固定されている。A cylindrical container 3 is airtightly fixed to a flange 30 formed on the outer peripheral edge of the hole 2 so as to become a part of the wall of the container 1.
筒状容器3は絶縁材で形成されたもので、その内部空間
は容器1から遠ざかるにしたがって小径となるせつ頭円
錐状に形成されている。The cylindrical container 3 is made of an insulating material, and its internal space is formed in the shape of a frustum cone whose diameter decreases as it moves away from the container 1.
筒状容器3内にはこれと同軸的に筒状の陽極4が配置さ
れている。A cylindrical anode 4 is arranged coaxially within the cylindrical container 3.
陽極4は、図中上方へ向うにしたがって小径に形成され
ており、しかも両端部以外の部分4aがガス透過性を有
する部材で形成されている。The anode 4 is formed to have a smaller diameter as it goes upward in the figure, and the portion 4a other than both ends is formed of a material having gas permeability.
そして、陽極4の図中上端は、適当に折り曲げられて筒
状容器3の内側面に気密に固定されている。The upper end of the anode 4 in the figure is appropriately bent and fixed to the inner surface of the cylindrical container 3 in an airtight manner.
筒状容器3の内側面と陽極4の外側面との間には、絶縁
筒5が筒状容器3との間および陽極4との間にそれぞれ
リング状の空間を形成する状態に同軸的に介在している
。An insulating tube 5 is coaxially disposed between the inner surface of the cylindrical container 3 and the outer surface of the anode 4 to form a ring-shaped space between the cylindrical container 3 and the anode 4. Intervening.
上記絶縁筒5の図中下端は真空容器1のフランジ30に
気密に固定されており、また図中上端は陽極4の図中上
端内面に対して非接触となるように遊端となっている。The lower end of the insulating cylinder 5 in the figure is hermetically fixed to the flange 30 of the vacuum vessel 1, and the upper end in the figure is a free end so as not to come into contact with the inner surface of the upper end of the anode 4 in the figure. .
絶縁筒5の陽極4の側に位置する表面には、絶縁筒5と
陽極4との間に形成される空間を所定に設定する筒状の
調整部材6が固定されている。A cylindrical adjustment member 6 is fixed to the surface of the insulating tube 5 located on the anode 4 side for setting the space formed between the insulating tube 5 and the anode 4 to a predetermined value.
この調整部材6の図中下端側は所定長さに亘ってその外
径が小さくなるように薄肉に形成されており、この薄肉
部の存在によって調整部材6と絶縁筒5との間にリング
状の空間7が形成されている。The lower end side of the adjustment member 6 in the figure is formed to have a thin wall so that its outer diameter decreases over a predetermined length, and due to the existence of this thin wall, a ring-shaped gap is formed between the adjustment member 6 and the insulating cylinder 5. A space 7 is formed.
そして、上記空間7にその上端側が非接触に嵌入するよ
うに絶縁材製のガイド筒体8が設けてあり、このガイド
筒体8の下端側は前記真空容器1の孔2の内周縁に気密
に固定されている。A guide cylinder 8 made of an insulating material is provided so that its upper end fits into the space 7 without contact. is fixed.
なお、ガイド筒体8と絶縁筒5との間に形成された空間
の図中下部は容器1の壁内に形成されたガス排出孔9に
接続されており、絶縁筒5と筒状容器3との間に形成さ
れた空間の図中下部は同じく容器1の壁内に形成された
ガス供給孔10に接続されている。Note that the lower part of the space formed between the guide cylinder 8 and the insulating cylinder 5 in the figure is connected to a gas discharge hole 9 formed in the wall of the container 1, and the insulating cylinder 5 and the cylindrical container 3 are connected to each other. The lower part of the space formed between the two is connected to a gas supply hole 10 also formed in the wall of the container 1.
また、前記陽極4の図中下端はガイド筒体8の内面にリ
ング状の支持部材11を介して気密に固定されている。Further, the lower end of the anode 4 in the figure is airtightly fixed to the inner surface of the guide cylinder 8 via a ring-shaped support member 11.
しかして、前記陽極4の図中上、下端開口部近傍には、
これら開口部に対向するように陰極12,13が設けて
ある。Therefore, near the upper and lower openings in the figure of the anode 4,
Cathodes 12 and 13 are provided to face these openings.
陰極12はたとえば2重円板状に形成されており、筒状
容器3の土壁を気密に貫通して設けられた導電パイプ1
4の先端に固定されている。The cathode 12 is formed, for example, in the shape of a double disk, and is connected to a conductive pipe 1 which is provided by penetrating the earthen wall of the cylindrical container 3 in an airtight manner.
It is fixed at the tip of 4.
そして、上記導電パイプ14内には冷却液が通流するよ
うになっており、この冷却液によって陰極12は冷却さ
れる一方、陰極13は、図示しない絶縁材製の支持部材
を介してガイド筒体8の内面に固定されており、その中
央部にはイオン抽出孔15が設けてある。A cooling liquid flows through the conductive pipe 14, and the cathode 12 is cooled by this cooling liquid, while the cathode 13 is connected to the guide tube through a support member made of an insulating material (not shown). It is fixed to the inner surface of the body 8, and an ion extraction hole 15 is provided in the center thereof.
なお、図示していないが、陽極4および陰極13にはリ
ード線がそれぞれ接続されており、これらリード線は気
密にかつ絶縁状態に筒状容器3を貫通して外部に引き出
されている。Although not shown, lead wires are connected to the anode 4 and the cathode 13, respectively, and these lead wires are drawn out through the cylindrical container 3 in an airtight and insulated state.
しかして、筒状容器3の外周には、コイル16,17が
装着してある。Thus, coils 16 and 17 are attached to the outer periphery of the cylindrical container 3.
コイル16は、軸方向と直交する方向の巻回層が軸方向
のどの位置においても等しくなるように形成されており
、またコイル17は軸方向と直交する方向の巻回層が図
中上方へ向うにしたがって徐々に増すように形成されて
いる。The coil 16 is formed so that the winding layer in the direction orthogonal to the axial direction is the same at any position in the axial direction, and the coil 17 is formed so that the winding layer in the direction orthogonal to the axial direction is upward in the figure. It is formed so that it gradually increases towards the other side.
そして、両コイル16,17は直列もしくは並列に接続
されて図示しない励磁電源に接続される。Both coils 16 and 17 are connected in series or in parallel to an excitation power source (not shown).
なお、図中18はコイル16.17を収納する非磁性の
ケースを示している。Note that 18 in the figure indicates a non-magnetic case that houses the coils 16 and 17.
次に上記のように構成された本発明装置の動作を説明す
る。Next, the operation of the apparatus of the present invention configured as described above will be explained.
まず、真空容器1内を図示しない排気装置によって10
Torr以下に排気し、次にコイル16,17を付勢す
る。First, the inside of the vacuum container 1 is evacuated by an evacuation device (not shown).
After exhausting to below Torr, the coils 16 and 17 are energized.
続いて、陽極4を図示しない直流高圧電源の正極に接続
するとともに陰極12,13を同電源の負極に接続する
と、陽極4と陰極12,13との間に冷陰極放電が生じ
、この放電はコイル16.17で生じた磁場の作用を受
けて持続する。Next, when the anode 4 is connected to the positive pole of a DC high voltage power supply (not shown) and the cathodes 12 and 13 are connected to the negative pole of the same power supply, a cold cathode discharge occurs between the anode 4 and the cathodes 12 and 13, and this discharge It persists under the action of the magnetic field created by the coils 16,17.
このような状態において、ガス供給孔10を通して被イ
オン化ガスを供給すると、このガスは筒状容器3と絶縁
筒5との間に形成されたリング状の空間を上昇し、絶縁
筒5の上端において折り返し陽極4と調整部材6との間
に形成された空間を流下する。In such a state, when the gas to be ionized is supplied through the gas supply hole 10, this gas rises through the ring-shaped space formed between the cylindrical container 3 and the insulating tube 5, and reaches the upper end of the insulating tube 5. It flows down through the space formed between the folded anode 4 and the adjustment member 6.
この間に通流するガスの一部が陽極4に形成されたガス
透過部分4aを通して陽極4内、つまり放電空間内に入
る。A part of the gas flowing during this period enters the anode 4, that is, the discharge space, through the gas permeable portion 4a formed in the anode 4.
一方、残りのガスは、陽極4に接触して陽極4を冷却し
た後、調整部材6とガイド筒体8との間に形成された空
間およびガイド筒体8と絶縁筒5との間に形成された空
間を通ってガス排出孔9から排出される。On the other hand, after the remaining gas contacts the anode 4 and cools the anode 4, the space formed between the adjusting member 6 and the guide cylinder 8 and the space formed between the guide cylinder 8 and the insulating cylinder 5 is released. The gas is discharged from the gas discharge hole 9 through the space formed by the gas.
しかして、陽極4のガス透過部分4aを通して放電空間
に侵入したガスは放電によって生じた電子に衝突されて
イオン電子対となる。The gas that has entered the discharge space through the gas permeable portion 4a of the anode 4 is collided with electrons generated by the discharge and becomes ion-electron pairs.
そして、発生したイオンは次のような経路で陰極13の
抽出孔15から取り出される。The generated ions are extracted from the extraction hole 15 of the cathode 13 through the following route.
すなわち、第2図はイオンの動きを説明するために陽極
4,陰極12,13だけを取り出して示すもので、図中
21はコイル16.17によって発生した磁場の磁力線
を示している。That is, FIG. 2 shows only the anode 4 and cathodes 12 and 13 in order to explain the movement of ions, and 21 in the figure shows the lines of magnetic force of the magnetic field generated by the coils 16 and 17.
コイル16.17を前述の如く構成しているので、磁束
密度は陰極12側から陰極13側に向けて徐々に小さく
なっている。Since the coils 16 and 17 are configured as described above, the magnetic flux density gradually decreases from the cathode 12 side to the cathode 13 side.
しかして、たとえば第2図中人点で発生したイオンは磁
場中高電圧放電特有の電場により、対称軸方向に加速さ
れ、その間に磁場によって方向が曲げられ、磁気モーメ
ントμmを持つ。Thus, for example, the ions generated at the human point in FIG. 2 are accelerated in the direction of the symmetry axis by the electric field peculiar to high-voltage discharge in a magnetic field, and during this time their direction is bent by the magnetic field, so that they have a magnetic moment μm.
陽極4の対称軸をZ軸とし、陰極13側を正の向きとす
ると、イオンは磁場の空間変化によりZ軸方向の力Fを
受ける。When the axis of symmetry of the anode 4 is the Z-axis and the cathode 13 side is in the positive direction, the ions are subjected to a force F in the Z-axis direction due to a spatial change in the magnetic field.
この力Fは磁束密度をB(B=IB1)とすると、くO
であるから、イオンは正の向きに加速され軌道22を描
きつ\陰極13の抽出孔15から取り出され23で示す
軌道でイオンビームの一部となる。This force F is 0 when the magnetic flux density is B (B=IB1).
Therefore, the ions are accelerated in the positive direction, draw a trajectory 22, are extracted from the extraction hole 15 of the cathode 13, and become part of the ion beam in a trajectory 23.
一方、B点で発生したイオンが分子との衝突やその他の
原因でZ軸上を負方向に向かう力が与えられた場合には
次のようになる。On the other hand, if the ions generated at point B are subjected to a force directed in the negative direction on the Z axis due to collision with molecules or other causes, the following will occur.
すなわち、陰極12に向けて移動するイオンは図中24
で示すように磁場によって方向が曲げられながら進行す
る。In other words, the ions moving toward the cathode 12 are 24 in the figure.
As shown in , the direction is bent by the magnetic field as it progresses.
しかし、磁場の空間変化による力Fは図中下方に向けて
与えられているので、この力Fによってイオンの速度が
低下し、ついには25で示す位置において反射され、以
後陰極13の側へ向けて移動し、前述した場合と同様に
抽出孔15から抽出される。However, since the force F due to the spatial change in the magnetic field is applied downward in the figure, the velocity of the ions decreases due to this force F, and is finally reflected at the position shown at 25, after which it is directed toward the cathode 13. and is extracted from the extraction hole 15 in the same manner as in the case described above.
このような構成であれば、発生したイオンが陰極12に
衝突するのを防止できるので、この陰極12が加熱され
るのを防止でき、陰極12を十分に冷却できるとともに
大出力のイオンビームを抽出することができる。With this configuration, it is possible to prevent the generated ions from colliding with the cathode 12, thereby preventing the cathode 12 from being heated, allowing the cathode 12 to be sufficiently cooled, and extracting a high-output ion beam. can do.
つまり、陰極12の冷却能力によって出力パワーが制限
されない利点がある。That is, there is an advantage that the output power is not limited by the cooling capacity of the cathode 12.
また、スパッタリングによる陰極12の消耗や変形を抑
えることができ、長寿命化を図れるとともに不純物の含
まないイオンビームを得ることができる。Further, it is possible to suppress wear and deformation of the cathode 12 due to sputtering, prolong the life of the cathode 12, and obtain an ion beam that does not contain impurities.
なお、上述した実施例は冷陰極放電の場合の例であるが
、熱陰極放電の場合にも適用できる。Note that although the above embodiment is an example of cold cathode discharge, it can also be applied to hot cathode discharge.
また、高圧モード放電の場合にも適用できる。It can also be applied to high voltage mode discharge.
さらに、磁場および電極を必ずしも軸対称にする必要は
ない。Furthermore, the magnetic field and electrodes do not necessarily have to be axially symmetrical.
また、磁場の変化の向きは一定であることが望ましいが
犬部分一定の向きであるなら局部的に逆向きであっても
よい。Further, although it is desirable that the direction of change in the magnetic field be constant, it may be locally reversed as long as the direction is constant in the dog part.
また、陽極と陽極近傍の磁場とを平行にしても非平行に
してもよい。Furthermore, the anode and the magnetic field near the anode may be parallel or non-parallel.
以上詳述したように、本発明によれば、発生したイオン
の進行方向を磁場の強度によって規制し、陰極に衝突す
るのを防止するようにしているので、イオンの衝突によ
って陰極が損傷を受けるのを確実に防止でき、もって、
小形、大出力でかつ長寿命なイオン発生装置を提供でき
る。As detailed above, according to the present invention, the traveling direction of the generated ions is regulated by the strength of the magnetic field to prevent them from colliding with the cathode, so that the cathode may be damaged by the collision of ions. It is possible to reliably prevent
It is possible to provide an ion generator that is small, has high output, and has a long life.
第1図は本発明の一実施例の縦断面図、第2図は同実施
例の作用を説明するための図である。
1・・・・・・真空容器、3・・・・・・筒状容器、4
・・・・・・陽極、12.13・・・・・・陰極、15
・・・・・・イオン抽出孔、16,17・・・・・・磁
場発生用のコイル。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the embodiment. 1... Vacuum container, 3... Cylindrical container, 4
... Anode, 12.13 ... Cathode, 15
...Ion extraction hole, 16,17... Coil for magnetic field generation.
Claims (1)
極と、この陽極の一方の開口端に対向して設けられた第
1の陰極と、前記陽極の他方の開口端に対向して設けら
れ中央部にイオン抽出孔を有した第2の陰極と、前記陽
極と第1及び第2の陰極間に高電圧を印加して放電を起
こさせる高電圧印加装置と、前記陽極と第1及び第2の
陰極に囲こまれた放電空間内に被イオン化ガスを供給す
る手段と、前記放電空間内に陽極の軸方向とほぼ同方向
でかつ第1の陰極に近づくにしたがって磁束密度が増加
する磁場を作用させる磁場発生装置とを具備したことを
特徴とするイオン発生装置。1. A vacuum container, a cylindrical anode provided in the vacuum container, a first cathode provided opposite to one open end of the anode, and a first cathode provided opposite to the other open end of the anode. a second cathode provided with an ion extraction hole in the center; a high voltage application device for applying a high voltage between the anode and the first and second cathodes to cause a discharge; and means for supplying an ionized gas into a discharge space surrounded by a second cathode, and a magnetic flux density increasing in the discharge space in substantially the same direction as the axial direction of the anode and as it approaches the first cathode. An ion generator comprising: a magnetic field generator that applies a magnetic field.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50084088A JPS583577B2 (en) | 1975-07-09 | 1975-07-09 | Aeon Hatsei Souchi |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50084088A JPS583577B2 (en) | 1975-07-09 | 1975-07-09 | Aeon Hatsei Souchi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS528298A JPS528298A (en) | 1977-01-21 |
| JPS583577B2 true JPS583577B2 (en) | 1983-01-21 |
Family
ID=13820735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50084088A Expired JPS583577B2 (en) | 1975-07-09 | 1975-07-09 | Aeon Hatsei Souchi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS583577B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58216351A (en) * | 1982-06-01 | 1983-12-16 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | Hole current ion source |
-
1975
- 1975-07-09 JP JP50084088A patent/JPS583577B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS528298A (en) | 1977-01-21 |
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