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JPH0770359B2 - External resonance quadrupole particle accelerator - Google Patents
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JPH0770359B2 - External resonance quadrupole particle accelerator - Google Patents

External resonance quadrupole particle accelerator

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JPH0770359B2
JPH0770359B2 JP22312991A JP22312991A JPH0770359B2 JP H0770359 B2 JPH0770359 B2 JP H0770359B2 JP 22312991 A JP22312991 A JP 22312991A JP 22312991 A JP22312991 A JP 22312991A JP H0770359 B2 JPH0770359 B2 JP H0770359B2
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coil
quadrupole
particle accelerator
capacitor
inductance
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好美 袴田
克己 登木口
訓之 作道
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、RFQ(Radio Freque
ncy Quadrupole)イオン加速器に係り、特に、広範囲に
渡って周波数を変化させることができる外部共振型四重
極粒子加速器に関する。
The present invention relates to RFQ (Radio Frequency)
The present invention relates to an ion accelerator, and more particularly to an external resonance type quadrupole particle accelerator capable of changing the frequency over a wide range.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、加速管の外部に高周波共振回路を
設けて回路の共振周波数を可変にした四重極粒子加速器
としては、特開昭60−115199号公報に示される
ようなものがある。これは、イオンの加速エネルギ−を
自由に選べるという特徴を持つ。その構成を、図2によ
り説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a quadrupole particle accelerator in which a high-frequency resonance circuit is provided outside an accelerating tube to make the resonance frequency of the circuit variable, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-115199. . This has a feature that the acceleration energy of ions can be freely selected. The configuration will be described with reference to FIG.

【0003】四重極粒子加速器は、四重極電極と高周波
共振回路とを有して構成される。四重極電極は、電極1
a、1b、1c、1dで構成され、各電極1a、1b、
1c、1dは、軸方向に沿って波打たせた面を持つ棒状
の部材からなる。四重極電極は、電極1a、1b、1
c、1dを、それらの波打っている面を互いに向かい合
わせて配置した構造になっている。高周波共振回路は、
インダクタンスL1のコイル2と、容量C1のコンデンサ
3とを備えて構成される。周波数可変型高周波電源5か
らの電力は、マッチングボックス6に直接結合させたカ
ップリングコイル4を通して共振回路のコイル2へ供給
される。
The quadrupole particle accelerator has a quadrupole electrode and a high frequency resonance circuit. Quadrupole electrode is electrode 1
a, 1b, 1c, 1d, each electrode 1a, 1b,
1c and 1d are rod-shaped members having a corrugated surface along the axial direction. The quadrupole electrodes are electrodes 1a, 1b, 1
The c and 1d are arranged so that their wavy surfaces face each other. The high frequency resonant circuit
It is configured by including a coil 2 having an inductance L 1 and a capacitor 3 having a capacitance C 1 . Electric power from the variable frequency type high frequency power source 5 is supplied to the coil 2 of the resonance circuit through the coupling coil 4 directly coupled to the matching box 6.

【0004】従来の高周波共振回路の配置は、図2に示
すように、コイル2、コンデンサ3、リ−ド線7、四重
極電極の順に配置されている。この時の等価回路は、図
4のように書けるので(並列共振)、回路の共振周波数
fは、次の式で表わされると考えられている。
As shown in FIG. 2, the conventional high-frequency resonance circuit is arranged in the order of a coil 2, a capacitor 3, a lead wire 7, and a quadrupole electrode. Since the equivalent circuit at this time can be written as shown in FIG. 4 (parallel resonance), the resonance frequency f of the circuit is considered to be expressed by the following equation.

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】ただし、C2は四重極電極の持つ浮遊容量
である。共振周波数の調整は、コイル2のインダクタン
スL1、またはコンデンサ3の容量C1を変化させて行
う。
However, C 2 is the stray capacitance of the quadrupole electrode. The resonance frequency is adjusted by changing the inductance L 1 of the coil 2 or the capacitance C 1 of the capacitor 3.

【0007】回路の共振周波数を変化させるために容量
可変コンデンサを用いる場合、数1において、容量C1
を変化させることになる。しかし、C1の他に、浮遊容
量C2が存在するために、周波数可変範囲は、容量C1
大きく変化させても、実用上かなり小さい範囲となって
しまう。例えば、C2がC1の最小値の2倍程度(C2
2C1)である場合に、容量C1を10倍変化させたとし
ても、共振周波数fは2倍程度しか操作できない。従っ
て、通常、インダクタンスL1を離散的に変化させて共
振周波数の可変範囲を広げていた。
When a variable capacitance capacitor is used to change the resonance frequency of the circuit, the capacitance C 1
Will be changed. However, since the stray capacitance C 2 exists in addition to C 1 , the frequency variable range becomes a practically small range even if the capacitance C 1 is greatly changed. For example, C 2 is about twice the minimum value of C 1 (C 2 =
2C 1 ), even if the capacitance C 1 is changed 10 times, the resonance frequency f can be operated only about 2 times. Therefore, normally, the variable range of the resonance frequency is widened by discretely changing the inductance L 1 .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】発明者等は、実際に、
インダクタンスL1として1巻きのコイルを使用し、そ
の長さを3倍変化させた実験を行ってみた。L1の値は
コイルの長さに比例して変わるから、長さ3倍の変化に
対し、共振周波数fは、数1から、1.7倍変化するは
ずである。しかし、結果は、高々1.1倍にしか変化し
なかった。これは、リ−ド線7が、高周波的には無視で
きない位のインダクタンス値を持っているために、実際
には、回路の共振周波数fが数1に示すような理想的な
形にはならないからである。従って、従来のような回路
配置では、L1を離散的に変化させても、その効果はほ
とんど現われず、結果的に、共振周波数の可変範囲が狭
くなるという問題点があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors have actually
An experiment was conducted by using a coil of one turn as the inductance L 1 and changing its length by three times. Since the value of L 1 changes in proportion to the length of the coil, the resonance frequency f should change from the expression 1 to 1.7 times with respect to the change of 3 times the length. However, the result changed only 1.1 times at most. This is because the lead wire 7 has an inductance value that cannot be ignored at high frequencies, so that the resonance frequency f of the circuit does not actually have an ideal shape as shown in the equation (1). Because. Therefore, in the conventional circuit arrangement, even if L 1 is discretely changed, the effect is hardly exhibited, and as a result, the variable range of the resonance frequency is narrowed.

【0009】以上の問題点を、具体的な数式、数値を用
いて説明する。等価回路は、図3に示すようになるので
(並列共振)、リ−ド線のインダクタンス(L2)を考
慮して、回路の共振周波数fを求めてみると、近似的に
次の式で表わされることになる。
The above problems will be described using specific mathematical expressions and numerical values. Since the equivalent circuit is as shown in FIG. 3 (parallel resonance), when the resonance frequency f of the circuit is calculated in consideration of the inductance (L 2 ) of the lead wire, it can be approximately calculated by the following equation. Will be represented.

【0010】[0010]

【数2】 [Equation 2]

【0011】通常、L2の大きさは、L1と同程度、また
は、それ以上であるため、L1を変えてもfの変化分に
はあまり寄与しないことがわかる。例えば、実用的な範
囲として、コンデンサ3の容量C1を100pFから1
000pFまで変化させることができ、C2が500p
F、L2が0.3μHである場合を考える。離散的に変化
させるコイル2のL1として0.03μHと0.1μHの
ものを使用すると、共振周波数は、それぞれ7.2MH
zから11.3MHzまでと、6.5MHzから10.3
MHzまでの範囲となり、全体的にカバ−できる可変範
囲としては、6.5MHzから11.3MHzまでの周波
数範囲になる。すなわち、容量C1が10倍、インダク
タンスL1が3倍強変化したにもかかわらず、共振周波
数fは、1.7倍程度しか変化させることができないこ
とになる。
[0011] Typically, the size of the L 2 is, L 1 the same level, or, because it is more, it can be seen that does not so much contribute to the variation of even changing the L 1 f. For example, as a practical range, the capacitance C 1 of the capacitor 3 is 100 pF to 1
Can be changed up to 000pF, C 2 is 500p
Consider the case where F and L 2 are 0.3 μH. If the coils 1 to be discretely changed have the L 1 of 0.03 μH and 0.1 μH, the resonance frequencies are 7.2 MH, respectively.
from z to 11.3MHz and from 6.5MHz to 10.3
The frequency range from 6.5 MHz to 11.3 MHz is a variable range that can be covered as a whole. That is, the resonance frequency f can be changed only about 1.7 times, although the capacitance C 1 is changed ten times and the inductance L 1 is changed three times or more.

【0012】エネルギ−可変型の四重極粒子加速器の性
能としては、応用面を考えると、出射ビ−ムエネルギ−
を数百keVから数MeV、すなわち、10倍位の広範
囲に変化させる必要がある。一方、出射ビ−ムエネルギ
−は、動作周波数の2乗で変化するので、10倍位の広
範囲にエネルギ−を変化させるためには、最低でも3.
2倍程度の可変周波数範囲が必要となる。
As for the performance of the energy-variable quadrupole particle accelerator, in terms of application, the emitted beam energy is
From several hundred keV to several MeV, that is, in a wide range of about 10 times. On the other hand, the emitted beam energy changes with the square of the operating frequency, so in order to change the energy in a wide range of about 10 times, at least 3.
A variable frequency range of about twice is required.

【0013】このため、数百keVから数MeVまでの
広範囲のエネルギ−領域で任意のイオンを加速できるイ
オン加速器を実現するには、上記に示すようなリード線
のインダクタンスL2による悪影響(L1の変化分が直接
fの変化分に寄与しなくなること)を排除することが要
請される。
[0013] Therefore hundreds keV wide range of up to several MeV from energy - to realize the ion accelerator can be accelerated to any ions in region, adverse effects due to the inductance L 2 of the leads as shown in (L 1 It is required to eliminate the change amount of (1) does not directly contribute to the change amount of f).

【0014】本発明の目的は、共振周波数を広範囲で
変化させることができ、広範囲のエネルギ−領域で任意
のイオンを加速できる外部共振型四重極粒子加速器を提
供することにある。
An object of the present invention can be varied in a range not wider the resonance frequency, a broad range of energy - to provide any external resonance quadrupole particle accelerator which can accelerate ions in the region.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一態様によれば、高周波共振回路を加速管
の外部に設けた四重極粒子加速器において、該高周波共
振回路をコンデンサおよびインダクタンス部材で構成
し、該インダクタンス部材を該コンデンサと上記加速管
との間に直列に配置した、外部共振型四重極粒子加速器
が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, in a quadrupole particle accelerator having a high frequency resonance circuit provided outside an accelerating tube, the high frequency resonance circuit is a capacitor. An external resonance type quadrupole particle accelerator is provided, which comprises an inductance member, and the inductance member is arranged in series between the capacitor and the accelerating tube.

【0016】インダクタンス部材としては、コイルを構
成する導体を用いることができる。例えば、コンデンサ
と四重極電極とを電気的に接続するリード導体の部分の
少なくとも一部に、インダクタンス部材として、コイル
を構成する導体が配置される。また、本発明の好ましい
態様の一つとして、リード導体の少なくとも一部を、イ
ンダクタンス部材、すなわち、コイルを構成する導体と
して積極的に使用することができる。
A conductor forming a coil can be used as the inductance member. For example, at least part of the portion of the lead conductor which electrically connects the capacitor and the quadrupole electrodes, as an inductance element, the conductor constituting the coil are arranged. Further, one preferred embodiment of the present invention, at least a portion of the lead conductors, inductance member, i.e., can be actively used as a conductor constituting the coil.

【0017】本発明では、高周波共振回路は、コンデン
サ、コイル(インダクタンス部材)、四重極電極の順
に、かつ、これらが直列に接続されるように配置した構
成となる。コイルを構成する導体への給電は、マッチン
グボックスから直接配線されるカップリングコイルによ
り行われる。すなわち、コイル導体は、一対を成して対
称的に配置されるので、それらが囲む空間に、カップリ
ングコイルが配置される。カップリングコイルの装着
は、コイル導体の中心部を開口して挿入する方法が、最
も対称性が良いために、共振回路的には、Q値が最も高
く最適な方法と言える。
In the present invention, the high frequency resonance circuit has a configuration in which the capacitor, the coil (inductance member) and the quadrupole electrode are arranged in this order and are connected in series. Electric power is supplied to the conductors forming the coil by a coupling coil directly wired from the matching box. That is, since the coil conductors form a pair and are symmetrically arranged, the coupling coil is arranged in the space surrounded by them. For mounting the coupling coil, the method of inserting the coil conductor by opening the central portion of the coil conductor has the highest symmetry, and therefore, it can be said that the method has the highest Q value and is optimum for the resonance circuit.

【0018】共振周波数を変化させる方法としては、真
空中において滑らかに駆動する必要があるという観点か
ら、従来から信頼実績のある真空バリアブルコンデンサ
−を使用する方法が現在のところ最も適している。もち
ろん、これに限定されるものではない。
As a method for changing the resonance frequency, a method using a vacuum variable capacitor, which has a proven track record in the past, is the most suitable method from the viewpoint that it needs to be driven smoothly in a vacuum. Of course, it is not limited to this.

【0019】従って、LC共振をとるための回路とし
て、この真空バリアブルコンデンサによる容量、およ
び、リード導体の一部をインダクタンスとして機能させ
た本発明は、配線によるインダクタンス分が実用上無視
できる程度に小さくできるため、最も理想的な回路構造
を持った外部共振型四重極粒子加速器ということができ
る。
Therefore, in the present invention in which the capacitance of the vacuum variable capacitor and a part of the lead conductor function as an inductance as a circuit for obtaining LC resonance, the inductance due to the wiring is so small that it can be practically ignored. Therefore, it can be said to be an external resonance type quadrupole particle accelerator having the most ideal circuit structure.

【0020】[0020]

【作用】本発明では、コンデンサと共に高周波共振回路
を構成するインダクタンス部材(コイル)が、コンデン
サと加速管の電極との間に直列に配置される。このよう
な構成とすることにより、コンデンサと加速管の電極と
がインダクタンス部材(コイル)を用いて接続される。
このような構成により、リード導体を、インダクタンス
の機能と給電の機能とを兼ねさせることができる。
In the present invention, the inductance member (coil) which constitutes the high frequency resonance circuit together with the capacitor is arranged in series between the capacitor and the electrode of the acceleration tube. With such a configuration, the capacitor and the electrode of the acceleration tube are connected using the inductance member (coil).
With such a configuration, the lead conductor can have both an inductance function and a power feeding function.

【0021】リード導体は、その形状により、高周波的
に所望のインダクタンスを持つコイルとして形成するこ
とができる。このため、このリード導体からなるコイル
を真空バリアブルコンデンサと共に用いることにより、
LC共振回路を構成することができる。
The lead conductor can be formed as a coil having a desired inductance in terms of high frequency due to its shape. Therefore, by using a coil made of this lead conductor with a vacuum variable capacitor,
An LC resonance circuit can be constructed.

【0022】半径a、巻数N、長さlのコイルのインダ
クタンスLは、次式で表わされる。
The inductance L of a coil having radius a, number of turns N, and length l is expressed by the following equation.

【0023】[0023]

【数3】L=Kπa2μ02/l ……(3) ただし、Kはaとlの比で決まる定数(長岡定数)、μ
0は真空中の透磁率である。
(3) L = Kπa 2 μ 0 N 2 / l (3) where K is a constant (Nagaoka constant) determined by the ratio of a and l, μ
0 is the magnetic permeability in vacuum.

【0024】数3から明らかなように、コイルのL値を
変化させるには、コイルの半径a、巻数N、長さlのど
れかを変えればよい。
As is clear from Equation 3, in order to change the L value of the coil, one of the coil radius a, the number of turns N, and the length l may be changed.

【0025】MHz帯の高周波回路設計の基本は、配線
の長短による寄生インダクタンス、ストレ・キャパシタ
ンスを極力小さくし、設計通りの共振周波数を得ること
である。従って、本発明のように、コンデンサと加速管
の電極との間にコイルを直列に配置する構成とすれば、
周波数可変範囲の広い四重極粒子加速器が実現できる。
特に、配線自体をインダクタンスとして利用して外部共
振させれば、最も理想的な周波数可変型の四重極粒子加
速器が提供できる。
The basis of the high frequency circuit design in the MHz band is to minimize the parasitic inductance and the stray capacitance due to the length of the wiring and obtain the resonance frequency as designed. Therefore, when the coil is arranged in series between the capacitor and the electrode of the acceleration tube as in the present invention,
A quadrupole particle accelerator with a wide frequency variable range can be realized.
In particular, if the wiring itself is used as an inductance to cause external resonance, the most ideal variable frequency quadrupole particle accelerator can be provided.

【0026】本発明によれば、エネルギ−可変型四重極
粒子加速器の外部共振回路性能を最大限に生かすことが
できるため、100倍以上の広範囲に渡ってエネルギ−
が変えられる高エネルギ−大電流イオン打ち込み装置が
提供できる。さらに共振回路を効率良く構成させること
ができるため、装置全体をよりコンパクトにすることが
できる。
According to the present invention, since the external resonance circuit performance of the energy variable quadrupole particle accelerator can be utilized to the maximum, the energy can be extended over a wide range of 100 times or more.
It is possible to provide a high-energy, high-current ion implantation device in which the energy can be changed. Further, since the resonance circuit can be efficiently constructed, the entire device can be made more compact.

【0027】[0027]

【実施例】本発明の一実施例を図1(A)およびその断
面図である図1(B)を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 (A) and its sectional view, FIG. 1 (B).

【0028】本実施例の四重極粒子加速器は、四重極を
構成する電極を内部に有する加速管9と、該加速管9の
外部にあって、上記電極に高周波共振電圧を供給する外
部共振回路とを備えて構成される。
The quadrupole particle accelerator of the present embodiment is an accelerating tube 9 having an electrode forming a quadrupole therein, and an accelerating tube 9 outside the accelerating tube 9 for supplying a high frequency resonance voltage to the electrode. And a resonance circuit.

【0029】四重極電極は、軸方向に沿って波打たせた
面を持つ棒状の部材からなる電極1a、1b、1c、1
dを有し、それらの電極1a、1b、1c、1dは、波
打っている面を互いに向かい合わせて配置される。これ
らの電極1a、1b、1c、1dは、絶縁物8を介して
加速管9から絶縁されている。
The quadrupole electrodes are electrodes 1a, 1b, 1c, 1 made of a rod-shaped member having a corrugated surface along the axial direction.
d, whose electrodes 1a, 1b, 1c, 1d are arranged with their wavy surfaces facing each other. These electrodes 1a, 1b, 1c, 1d are insulated from the acceleration tube 9 via an insulator 8.

【0030】外部共振回路は、100pFから1000
pFまで容量が変えられる容量C1のコンデンサ3と、
配線導体兼インダクタンス部材として機能するコイル導
体10a,10bとを有して構成される。この共振回路
への高周波電力供給手段としては、高周波電力を発振す
ると共に増幅して出力する周波数可変型高周波電源5
と、出力される高周波電力を外部共振回路に給電するた
めのカップリングコイル4と、高周波電源5とカップリ
ングコイル4のインピーダンスマッチングをとるマッチ
ングボックス6とを有するものが用いられる。
The external resonance circuit is 100 pF to 1000 pF.
a capacitor 3 having a capacitance C 1 whose capacitance can be changed up to pF,
The coil conductors 10a and 10b function as wiring conductors and inductance members. As a means for supplying high frequency power to the resonance circuit, a variable frequency high frequency power source 5 for oscillating, amplifying and outputting high frequency power is used.
And a matching coil 6 for feeding the output high frequency power to the external resonance circuit, and a matching box 6 for impedance matching the high frequency power supply 5 and the coupling coil 4.

【0031】コイル導体10a,10bは、共に、わん
曲した金属板で構成され、それぞれインダクタンスL1
/2を有する。両者は、実質的に同一の形状を有し、空
間を挾んで対称的に配置されて、一対を成している。コ
イル導体10aの一端は、コンデンサ3に接続され、他
端は、電極1bに接続され、さらに、リード導体7aを
介して電極1dに接続される。また、コイル導体10b
の一端は、コンデンサ3に接続され、他端は、電極1c
に接続され、さらに、リード導体7bを介して電極1a
に接続される。これにより、コイル導体10a,10b
は、コンデンサ3と上記加速管9との間に直列に配置さ
れ、インダクタンスがL1/2であるインダクタンス部
材として機能すると同時に、各電極に給電するリード導
体としても機能する。
The coil conductors 10a and 10b are both formed of a bent metal plate, and each has an inductance L 1
/ 2. Both have substantially the same shape and are arranged symmetrically across the space to form a pair. One end of the coil conductor 10a is connected to the capacitor 3, the other end is connected to the electrode 1b, and is further connected to the electrode 1d via the lead conductor 7a. Also, the coil conductor 10b
Has one end connected to the capacitor 3 and the other end connected to the electrode 1c.
To the electrode 1a via the lead conductor 7b.
Connected to. Thereby, the coil conductors 10a and 10b
They are arranged in series between the capacitor 3 and the acceleration tube 9, at the same time the inductance functions as an inductance element is L 1/2, also functions as a lead conductor for supplying power to each electrode.

【0032】なお、リード導体7aは、電極1bと1d
との間、リード導体7bは、電極1cと1aとの間の接
続も行う。また、リード導体7aおよび7bをコイル導
体10a,10bに接続せず、電極1bおよび1dと接
続して、これを介して、電極1a,1dについての給電
を行う構成としてもよい。
The lead conductor 7a has electrodes 1b and 1d.
, The lead conductor 7b also makes a connection between the electrodes 1c and 1a. Alternatively, the lead conductors 7a and 7b may be connected to the electrodes 1b and 1d without being connected to the coil conductors 10a and 10b, and power may be supplied to the electrodes 1a and 1d via the electrodes.

【0033】四重極電極の長さは、通常1〜2メ−トル
程度であるため、コイル導体の長さとして、最大で四重
極電極の長さ程度までは自由に変えられる。実際上のコ
イル導体10a,10bの長さとしては、冷却を考慮し
て最小10cm、最大2mのものが段階的に用意できる
ことになる。数3から、コイル導体10a,10bは、
その合成インダクタンスL1は、約20倍の変化をさせ
ることができる。
Since the length of the quadrupole electrode is usually about 1 to 2 meters, the length of the coil conductor can be freely changed up to the length of the quadrupole electrode. As for the actual lengths of the coil conductors 10a and 10b, a minimum length of 10 cm and a maximum length of 2 m can be gradually prepared in consideration of cooling. From Equation 3, the coil conductors 10a and 10b are
The combined inductance L 1 can be changed about 20 times.

【0034】図1に示す本実施例における共振回路の等
価回路は、図6に示すように、直列共振回路となる。こ
の等価回路の共振周波数fは、次式で表される。
The equivalent circuit of the resonance circuit in this embodiment shown in FIG. 1 is a series resonance circuit as shown in FIG. The resonance frequency f of this equivalent circuit is expressed by the following equation.

【0035】[0035]

【数4】 [Equation 4]

【0036】例えば、上述したように、実用的な範囲と
して、コンデンサ3のC1が100pFから1000p
Fまで変化させることができ、C2が500pF、さら
に離散的に変化させるコイル導体のL1として0.03μ
Hから0.1μHまでの3倍変化させた場合には、全体
的にカバ−できる可変範囲としては、27.6MHzか
ら100.7MHzまでの周波数範囲になる。本実施例
の場合には、従来と異なり、L、Cに、余分の別のL、
C値がないため、その変化分が直接fの変化分に寄与す
るので、従来不可能だった3.6倍の周波数変化が可能
となった。その結果として、エネルギ−を13倍変化さ
せることが可能となる。
For example, as described above, as a practical range, C 1 of the capacitor 3 is 100 pF to 1000 pF.
It can be changed up to F, C 2 is 500 pF, and it is 0.03 μ as L 1 of the coil conductor which is changed discretely.
When the value is changed three times from H to 0.1 μH, the variable range that can be entirely covered is the frequency range from 27.6 MHz to 100.7 MHz. In the case of the present embodiment, unlike the conventional case, an extra L,
Since there is no C value, the amount of change contributes directly to the amount of change in f, and it has become possible to change the frequency by 3.6 times, which was impossible in the past. As a result, the energy can be changed 13 times.

【0037】さらに、本実施例において、上述のよう
に、コイル導体10a,10bの合成インダクタンスL
1を最大で20倍、コンデンサ3の容量を最大限変化さ
せるとすれば、fの可変範囲は、10倍以上にも拡が
る。そうなれば、エネルギ−は100倍以上も変化させ
ることができる。
Furthermore, in this embodiment, as described above, the combined inductance L of the coil conductors 10a and 10b is L.
If 1 is changed to a maximum of 20 times and the capacity of the capacitor 3 is changed to the maximum, the variable range of f is expanded to 10 times or more. If so, the energy can be changed 100 times or more.

【0038】このように、本実施例によれば、エネルギ
−可変型四重極粒子加速器の外部共振回路性能を最大限
に生かすことができるため、100倍以上の広範囲に渡
ってエネルギ−が変えられる高エネルギ−大電流イオン
打ち込み装置が提供できる。さらに、共振回路を効率良
く構成させることができるため、装置全体をよりコンパ
クトにすることができる。
As described above, according to this embodiment, since the external resonance circuit performance of the energy variable quadrupole particle accelerator can be maximized, the energy can be changed over a wide range of 100 times or more. A high energy-high current ion implantation device can be provided. Further, since the resonance circuit can be efficiently constructed, the entire device can be made more compact.

【0039】また、本実施例では、図1に示すように、
電極1a、1b、1c、1dに対する共振回路からの給
電が対称的となるように、加速管および外部共振回路を
配置してある。すなわち、加速管9は、外部共振回路に
対して、四重極電極の各電極1a、1b、1c、1dが
X状に配置されるように設置される。そして、電極1
b、1cには、コイル導体10a,10bから直接給電
され、電極1a、1dには、それぞれリード導体7a,
7bを介して給電される。リード導体7a,7bに実質
的に同一形状の金属片を用いると共に、両者を対称的に
配置することにより、コイル導体10aおよびリード導
体7aとコイル導体10bおよびリード導体7bとが対
称的に配置される。これにより、四重極電極へ印加する
正負の高周波電圧を均等にすることができる。
Further, in this embodiment, as shown in FIG.
The accelerating tube and the external resonance circuit are arranged so that the power supply from the resonance circuit to the electrodes 1a, 1b, 1c, and 1d is symmetrical. That is, the accelerating tube 9 is installed so that the respective electrodes 1a, 1b, 1c, 1d of the quadrupole electrodes are arranged in an X shape with respect to the external resonance circuit. And the electrode 1
b and 1c are directly fed with power from the coil conductors 10a and 10b, and the electrodes 1a and 1d are respectively fed with lead conductors 7a and 7a.
Power is supplied via 7b. The coil conductors 10a and 7a and the coil conductors 10b and 7b are symmetrically arranged by using the metal pieces having substantially the same shape for the lead conductors 7a and 7b and arranging them symmetrically. It This makes it possible to equalize the positive and negative high frequency voltages applied to the quadrupole electrodes.

【0040】さらに、本実施例では、電力を電極1bお
よび1cに直接給電して、電極1aおよび1dにはそれ
ぞれリード導体7a、7bから給電しているが、カップ
リングコイル4を、1b−1a間、1a−1d間、およ
び1d−1c間にも配置する構成としてもよい。これに
よっても、上述した実施例と同様の効果があり、さら
に、四重極電極へ印加する正負の高周波電圧をより均等
にすることができる。
Further, in this embodiment, electric power is directly supplied to the electrodes 1b and 1c, and the electrodes 1a and 1d are supplied from the lead conductors 7a and 7b, respectively , but the coupling coil 4 is connected to the electrodes 1b-1a. It may be configured to be arranged between the spaces 1a-1d and 1d-1c. This also has the same effect as that of the above-described embodiment, and moreover, the positive and negative high frequency voltages applied to the quadrupole electrode can be made more uniform.

【0041】本発明の第2の実施例を図5により説明す
る。本実施例は、その基本的な構成については、図1に
示した実施例と同じである。ここでは、相違する点につ
いて説明する。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment has the same basic configuration as the embodiment shown in FIG. Here, the different points will be described.

【0042】本実施例は、図1のコンデンサ3の代わり
に、容量が同じコンデンサ3を2本直列に配置し、さら
に、その中点を接地したものである。このようにするこ
とで、個々のコンデンサ3により、それぞれの四重極電
極へ印加する正負の高周波電圧を完全に均等にすること
ができる。これは、例えば、図2に示した、従来の並列
共振回路に適用しても有効である。
In this embodiment, instead of the capacitor 3 shown in FIG. 1, two capacitors 3 having the same capacity are arranged in series, and the middle point thereof is grounded. By doing so, the individual capacitors 3 can completely equalize the positive and negative high frequency voltages applied to the respective quadrupole electrodes. This is also effective when applied to the conventional parallel resonant circuit shown in FIG. 2, for example.

【0043】本発明の第3の実施例について、図7によ
り説明する。本実施例は、その基本的な構成について
は、図1に示した実施例と同じである。ここでは、相違
する点について説明する。
[0043] In There third embodiment Nitsu of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment has the same basic configuration as the embodiment shown in FIG. Here, the different points will be described.

【0044】本実施例は、図7に示すように、コイルの
円周方向の長さを連続に変えられるような構造(数3の
aを可変にしたことと等価)として、インダクタンスL
1を連続可変にしている。すなわち、コイルとして、平
行に配置された導体12a,12bと、これらの導体1
2a,12b間を移動可能に接続する導体12cとを備
える。導体12aは、その一端が電極1bに接続され
る。また、導体12bは、その一端がコンデンサ3に接
続される。また、同様に構成される導体13a,13
b,13cを有する。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the inductance L has a structure in which the length of the coil in the circumferential direction can be continuously changed (equivalent to changing a in Formula 3).
1 is continuously variable. That is, the conductors 12a and 12b arranged in parallel as a coil and the conductor 1
And a conductor 12c that movably connects between 2a and 12b. One end of the conductor 12a is connected to the electrode 1b. The conductor 12b has one end connected to the capacitor 3. In addition, the conductors 13a, 13 having the same configuration
b, 13c.

【0045】このような構成により、周波数可変範囲を
さらに広くできるばかりでなく、上述の図5の実施例の
場合と同様に、四重極電極へ印加する正負の高周波電圧
を完全に均等にすることができる。
With such a structure, not only can the frequency variable range be further widened, but also the positive and negative high frequency voltages applied to the quadrupole electrodes can be made completely equal, as in the case of the embodiment of FIG. be able to.

【0046】また、コイルの軸方向の長さを連続可変に
しても同様の効果がある(数3のlを可変にしたことと
等価)。
Further, even if the axial length of the coil is continuously variable, the same effect can be obtained (equivalent to changing l in the equation 3).

【0047】本発明の第4の実施例について図8により
説明する。本実施例は、その基本的な構成については、
図1に示した実施例と同じである。ここでは、相違する
点について説明する。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the basic configuration is
This is the same as the embodiment shown in FIG. Here, the different points will be described.

【0048】本実施例は、図8に示すように、共振回路
全体を任意の直流電位に調整できるようにしたものであ
る。すなわち、例えば、コイル導体10bに、チョーク
コイル11を介して直流電源14を接続する。これによ
り、加速管9に入射するイオンビ−ムのエネルギ−を任
意に設定できるため、イオンビ−ム生成源であるイオン
源を常に最適な状態に保ち、種々のイオン種に対して
も、常に最大のビ−ム電流を得ることが可能となる。こ
の時、図に示すように直流電源と共振回路との間にチョ
−クコイル11等を挿入することにより、直流電源14
を高周波的に絶縁することができる
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the entire resonance circuit can be adjusted to an arbitrary DC potential. That is, for example, the DC power supply 14 is connected to the coil conductor 10b via the choke coil 11. As a result, the energy of the ion beam incident on the accelerating tube 9 can be arbitrarily set, so that the ion source, which is the ion beam generation source, is always kept in an optimum state, and the maximum value is always maintained even for various ion species. It is possible to obtain a beam current of At this time, as shown in the figure, by inserting a choke coil 11 or the like between the DC power supply and the resonance circuit, the DC power supply 14
Can be insulated at high frequencies.

【0049】また、共振回路全体を接地電位から浮かせ
る代わりに、加速管9のみを絶縁して、任意の直流電位
に調整できるようにしても同様の効果がある。加速管9
の絶縁方法としては、加速管9とコイル導体との間にコ
ンデンサを挿入する方法などが考えられる。
Further, instead of floating the whole resonance circuit from the ground potential, it is possible to insulate only the accelerating tube 9 and adjust it to an arbitrary DC potential, which has the same effect. Accelerator tube 9
As a method of insulation, there may be considered a method of inserting a capacitor between the acceleration tube 9 and the coil conductor.

【0050】上記した各実施例は、それぞれ他の実施例
の特徴を組み込むことができる。
Each of the embodiments described above can incorporate the features of the other embodiments.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、共振周波数を広範囲で
変化させることができ、広範囲のエネルギ−領域で任意
のイオンを加速できる効果がある。
According to the present invention, there is an effect that the resonance frequency can be changed in a wide range and any ion can be accelerated in a wide energy range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の加速器の第1の実施例の構成を示し、
(A)は本実施例の加速器の上面を示す上面図、(B)
は本実施例の加速器の断面を模式的に示す断面図。
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of an accelerator of the present invention,
(A) is a top view showing the top surface of the accelerator of this embodiment, (B)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the accelerator of this embodiment.

【図2】従来の外部共振型四重極粒子加速器を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing a conventional external resonance type quadrupole particle accelerator.

【図3】従来の外部共振型四重極粒子加速器の等価回路
を示す回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a conventional external resonance type quadrupole particle accelerator.

【図4】従来の外部共振型四重極粒子加速器の等価回路
を示す回路図。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a conventional external resonance type quadrupole particle accelerator.

【図5】本発明の第2の実施例の構成を模式的に示す断
面図。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing the configuration of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の外部共振型四重極粒子加速器の等価回
路を示す回路図。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the external resonance type quadrupole particle accelerator of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例の構成を模式的に示す断
面図。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing the configuration of the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例の構成を模式的に示す断
面図。
FIG. 8 is a sectional view schematically showing the configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,1c,1d…電極、2…コイル、3…コン
デンサ、4…カップリングコイル、5…周波数可変型高
周波電源、6…マッチングボックス、7…リード導体、
8…絶縁物、9…加速管、10a,10b…コイル導
体、11…チョ−クコイル。
1a, 1b, 1c, 1d ... Electrode, 2 ... Coil, 3 ... Capacitor, 4 ... Coupling coil, 5 ... Frequency variable type high frequency power supply, 6 ... Matching box, 7 ... Lead conductor,
8 ... Insulator, 9 ... Accelerator tube, 10a, 10b ... Coil conductor, 11 ... Choke coil.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】四重極を構成する電極を内部に有する加速
管と、該加速管の外部にあって、上記電極に共振電圧を
供給する高周波共振回路とを備える四重極粒子加速器に
おいて、 上記高周波共振回路は、コンデンサおよびインダクタン
ス部材で構成され、該インダクタンス部材は、コンデン
サと上記加速管との間に直列に配置されることを特徴と
する四重極粒子加速器。
1. A quadrupole particle accelerator comprising: an accelerating tube having an electrode forming a quadrupole therein; and a high frequency resonance circuit outside the accelerating tube for supplying a resonance voltage to the electrode. A quadrupole particle accelerator, wherein the high-frequency resonance circuit includes a capacitor and an inductance member, and the inductance member is arranged in series between the capacitor and the acceleration tube.
【請求項2】請求項1において、コンデンサとして容量
可変型のコンデンサを使用することを特徴とする四重極
粒子加速器。
2. The quadrupole particle accelerator according to claim 1, wherein a variable capacitance type capacitor is used as the capacitor.
【請求項3】請求項1または2において、インダクタン
ス部材として、コイルを構成する導体を用いることを特
徴とする四重極粒子加速器。
3. A quadrupole particle accelerator according to claim 1, wherein a conductor forming a coil is used as the inductance member.
【請求項4】請求項3において、コイルを構成する導体
は、2枚で一対を成し、それぞれが実質的に同一の形状
の金属板からなるものである四重極粒子加速器。
4. The quadrupole particle accelerator according to claim 3, wherein the conductors forming the coil are a pair of two sheets and each is made of a metal plate having substantially the same shape.
【請求項5】請求項4において、コイルを構成する導体
は、対称的に配置されるものである四重極粒子加速器。
5. The quadrupole particle accelerator according to claim 4, wherein the conductors forming the coil are symmetrically arranged.
【請求項6】請求項1または2において、インダクタン
ス部材としてインダクタンス可変型のコイルを使用する
ことを特徴とする四重極粒子加速器。
6. The quadrupole particle accelerator according to claim 1 or 2, wherein a variable inductance type coil is used as the inductance member.
【請求項7】請求項1,2,3,4,5または6におい
て、インダクタンス部材に、直流電源を接続して、加速
管内の四重極電極の電位を任意の直流電位に調整可能と
したことを特徴とする四重極粒子加速器。
7. A DC power supply is connected to the inductance member according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, so that the potential of the quadrupole electrode in the acceleration tube can be adjusted to an arbitrary DC potential. This is a quadrupole particle accelerator.
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