JPS583577B2

JPS583577B2 - イオンハツセイソウチ

Info

Publication number: JPS583577B2
Application number: JP50084088A
Authority: JP
Inventors: 影山賀都鴻
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-07-09
Filing date: 1975-07-09
Publication date: 1983-01-21
Also published as: JPS528298A

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、高圧モード放電の場合にも適用できる。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

【特許請求の範囲】

１真空容器と、この真空容器内に設けられた筒状の陽
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。