高信頼性長寿命負イオン源

著者らは特許

H01J27/02 - イオン源;イオン銃
H01J27/16 - 高周波励起,例.マイクロ波励起,を利用するもの
H01J27/18 - 軸方向に加えられた磁界を有するもの
H01J27/22 - 金属イオン源
H01J27/024 - 光電離を利用するもの,例.レーザビームを用いるもの
H01J37/08 - イオン源;イオン銃

の所有者の特許 JP2016528680:

フェニックス ニュークリア ラブズ エルエルシー

 

負イオン源は、プラズマチャンバと、マイクロ波源と、負イオン変換器と、磁気フィルタと、ビーム形成機構とを含む。プラズマチャンバは、イオン化されるガスを含む。マイクロ波源は、プラズマチャンバにマイクロ波を伝送し、それにより、ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にする。磁気フィルタは、プラズマチャンバと負イオン源変換器との間に提供される電子の温度を低減する。ビーム形成機構は、負イオンを抽出する。

 

 

(関連出願に対する相互参照)
本願は、2013年7月9日に出願された米国仮出願第61/844,054号の利益を主張し、この出願は、参照により、その全体が本明細書に援用される。
(分野)
本願は、概して、負イオン源の分野に関連する。より具体的には、本願は、ハイパーサーマル中性原子を生成し、セシウム加工された(cesiated)変換錐体との相互作用を介してハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換し、負イオンを抽出して高電圧(〜30kV)イオンビームにするためのシステムおよび方法に関連する。
(背景情報)
この節は、特許請求の範囲に挙げられている本発明に対する背景またはコンテキストを提供するように意図される。本明細書の記載は、追及された概念を含み得るが、その概念は、必ずしも、以前に着想または追及された概念ではない。それゆえ、本明細書において他の態様で指し示されない限り、この節に記載されているものは、本願における記載および特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、かつ、この節の中に含まれていることによって先行技術であるとは認められない。
イオン源は、基礎科学研究、医療用途および半導体生成を含む広範囲の用途にわたって使用されている。多くの場合、かなり大きく複雑かつ高価なシステムの性能および信頼性が、大きさおよび費用に関して全システムのうちの相対的にごく一部に相当するイオン源の性能および信頼性によって限定される場合がある。したがって、イオン源技術における進歩は、相対的に速くシステム性能における劇的な改善につながる可能性がある。しかしながら、イオン源は、システムの残りの部分によって必要とされる場合があるので、高電流へ押し出されるときに信頼性問題を被る場合がある複雑なデバイスである。
寿命および信頼性の問題は、既存の負イオン源(例えば、負水素(H−)イオン源))について特に煩わしい。それにもかかわらず、負イオン源は、多くの用途について下流システム構成要素が正イオンではなく負イオンを要求する事実に因り、依然として、広範囲の用途にわたって一般的に使用されている。従来の負イオン源は、例えば、たった数百時間の相対的に短い寿命を有し得る。この寿命は、さらに、全力(例えば、15mA)で動作されるときでさえ減少する。さらに、従来の負イオン源は、下流真空構成要素上の高い電力要件(15kW)および高いガス装填(18〜20sccm)を含む他の問題に直面し得る。
信頼性のある長寿命負イオン源は、光起電性半導体用途、同位体生成および同位体分離、サイクロトロン注入システム、ならびに加速器質量分析のためのシリコン割断における用途を有する。サイクロトロンは、医療分野および産業分野にわたって広く使用されている。技術が発展し続けると、イオン源注入器が、ビーム電流および加速器の性能に関する限定要因となり得るように思われる。正イオンではなく負イオンをサイクロトロン内に注入することが望ましい技術的理由、および、既存のイオン源の低電流かつ短寿命が次世代サイクロトロンの性能を潜在的に限定するいくつかの技術的理由が存在する。同様に、イオンビームが、半導体産業において広範囲の設定において使用されている。より良いイオン源は、全ての現代のICベースの技術の基礎的要素(building block)である回路部品用のより安価でより効率的かつより有効な生成技術に変わる。
別の例において、負イオン源は、磁気閉じ込め融合エネルギーの分野において使用され得る。核融合反応に基づくエネルギー源が、事実上無害の副産物と共に本質的に無限量のクリーンエネルギーを潜在的に提供するので、数十年間、科学者は、そのエネルギー源を発展させようとしてきた。融合エネルギー技術は、過去数十年間にわたって非常に進歩してきたとはいえ、依然として、クリーン融合エネルギー炉の発展を妨げたいくつかの技術的課題が存在する。融合エネルギーによって直面する1つの課題は、信頼性のない高電流負イオン源である。既存の負イオン融合射出器は、上述されている多くの欠如を被るフィラメントおよび/または磁気的に結合されたプラズマを使用する。信頼性のある長寿命負イオン源は、劇的に、イオン源変換効率、寿命、信頼性および電流出力を増大させる。そのような負イオン源を発展させることは、クリーンで信頼性のある融合エネルギー源を発展させることに向けての大きな一歩であり得る。
高DC電流出力(10mAまで)を生成することが可能でありかつ長寿命(1ヶ月より大きい)を有する新しいタイプのイオン源に関連する技術を含む改善された技術の必要性が存在する。
(要旨)
例示的な実施形態は、パルス波または連続波の負イオン源に関連し、負イオン源は、プラズマチャンバと、マイクロ波源と、負イオン源変換器と、磁気フィルタと、ビーム形成機構とを含む。プラズマチャンバは、イオン化されるガスを含む。マイクロ波源は、プラズマチャンバにマイクロ波を伝送し、それにより、ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にする。負イオン源変換器は、ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換する。磁気フィルタは、プラズマチャンバと負イオン源変換器との間の電子の温度を低減する。ビーム形成機構は、負イオンを抽出する。
別の実施形態は、プラズマチャンバと、マイクロ波源と、負イオン源変換器と、磁気フィルタと、ビーム形成機構とを含む連続波負イオン源に関連する。プラズマチャンバは、イオン化されるガスを含む。マイクロ波源は、プラズマチャンバにマイクロ波を伝送し、それにより、ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にする。負イオン源変換器は、ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換する。磁気フィルタは、プラズマチャンバと負イオン源変換器との間の電子の温度を低減する。ビーム形成機構は、負イオンを抽出する。
さらに別の実施形態は、負イオンを生成する方法に関連する。方法は、イオン化されるガスをプラズマチャンバ内に提供することと、マイクロ波源からプラズマチャンバへマイクロ波を伝送し、それにより、ガスをイオン化することであって、その結果、ガスのハイパーサーマル中性原子が提供される、ことと、負イオン源変換器との相互作用を介してハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換することと、ビーム形成機構を用いて負イオンを抽出することとを含む。
本開示の追加の特徴、利点および実施形態は、以下の詳細な説明、図面および特許請求の範囲の考察から記載され得る。さらに、本開示の前記要旨と以下の詳細な説明との両方は、例示的であり、請求されている本開示の範囲をさらに限定することなく更なる説明を提供するように意図されることを理解されたい。
本発明の更なる理解を提供するために含まれている添付図面は、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本開示の実施形態を示し、かつ、詳細な説明と一緒に、本開示の原則を説明するのに役立つ。本開示の基礎的理解および実施され得る様々な方法に必要であり得るよりも詳細に本開示の構造的な詳細を示す試みは全くなされない。
図1は、負イオン源の例示的な実施形態の平面図である。
図2は、図1の負イオン源の概略平面図である。
図3は、線G−Gを通した、図1の負イオン源の断面図である。
図4は、線G−Gを通した、図1の負イオン源の概略断面図である。
図5は、図1の負イオン源の導波管の導波管遮断部の等尺断面図である。
図6は、図5の導波管の等尺断面図である。
図7は、図5の導波管の平面図である。
図8は、図5の導波管の側面図である。
図9は、図1の負イオン源のマイクロ波源の概略側面図である。
図10は、図1の負イオン源のマイクロ波源の概略正面図である。
図11は、図1の負イオン源のマイクロ波源の概略平面図である。
図12は、図1の負イオン源のマイクロ波源の概略等尺図である。
図13は、図1の負イオン源の負イオン変換器の正面図である。
図14は、図1の負イオン源の負イオン変換器の別の正面図である。
図15は、図1の負イオン源の略図である。
図16は、図1の負イオン源の別の略図である。
図17は、図1の負イオン源の別の略図である。
図18は、図1の正イオン源の写真である。
図19は、中性原子の衝撃(bombardment)下のセシウム加工されたモリブデン表面の逆イールドを示すグラフである。
図20は、H分子についての潜在エネルギー図である。
図21は、電子インパクトH分子解離断面積を示している。
図22は、電子温度によって特徴付けられたマクスウェル分布からのエネルギーとの電子衝突を介した、H分子の計算された解離速度を示している。
図23は、e+負衝突における電子脱離についての断面積を示している。
図24は、2チャンバマルチカスプ型負イオン源についてのLangmuirプローブ測定を示している。
図25は、Leeからの1993結果を示している。示されているのは、Lisitanoコイルイオン源およびCs変換器を使用した、ガス流量の関数として測定された負電流密度である。
図26は、H+Hシステムについての共鳴電荷交換を示している。
(詳細な説明)
詳細に例示的な実施形態を示している図に戻る前に、本開示が、説明に記載されているかまたは図に示されている詳細または方法論に限定されないことを理解されるべきである。専門用語はただ説明の目的のためだけであることも理解されるべきであり、限定とみなされるべきではない。同じまたは同様の部品を参照するために図面全体を通して同じまたは同様の参照数字を使用する努力がなされている。
875ガウス磁場の存在下でのガス中の2.45GHzマイクロ波の共振相互作用を使用する正イオン源における最近の進歩は、強烈なDC正イオンビームにつながった。1kWのマイクロ波電力を使用してガスを正イオンに変換することにおいて、25パーセント効率が通常見られてきた。マイクロ波イオン源は、それらの本来のDC動作能力に因り商業的使用において次第に一般的となっている。
概して図を参照すると、例示的な実施形態は、セシウム加工された表面との相互作用を介してハイパーサーマル原子(2〜5eV)を生成する機構を使用するときに数ヶ月間10mAを上回って確実に動作する能力がある負イオン源100と、2.45GHzにおける電子サイクロトロン共鳴を利用するマイクロ波イオン源によって発生させられた中性原子ビームを伴う大量負イオン生成技術とに関連する。CW負イオン源100は、高電流高信頼性長寿命負イオン源である。
そのような負イオン源を生産するために、負イオン源の表面製品が、セシウム加工された低仕事関数表面からハイパーサーマル原子を散乱することによって、作り上げられる。ハイパーサーマル原子エネルギーは、2eVより大きい原子エネルギーを指す。セシウム加工されたモリブデン表面に投射した原子水素(H)からの逆イールドが、図23に示されている。4つの点が測定結果であり、実線は、理論的予測である。ハイパーサーマルの寄与は、(1/kT)<1の範囲において起こる。
Brian S.LeeおよびM.Seidl,Appl.Phys.Lett.61(24),2857(1992)(以下、「Lee」)(この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される)に記載されているStevens Institute work以来起こってきた著しい進歩は、実用的かつ証明された2.45GHzマイクロ波H源(MWS)の発展である。この発展は、例えば、Terence TaylorおよびJohn S.C.Wills,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A309,37(1991)(以下、「Taylor」)に記載されており、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。MWSの高いガスおよび電圧効率は、プラズマ発生器が中性原子ビームの効率的生成も提供するべきであることを示唆している。2.45GHzMWSプラズマ発生器は、多くの異なる産業応用に対して多くの研究室においてCWモード動作を実証した。この目的のために以前に研究された他の中性原子発生器は、マルチカスプ型源、アーク放電源および2.45GHzLisitanoコイル源である。
負ビーム電流および発射考察
円形口について、正規化されたrms発射(εrms,n)と抽出された負イオン電子温度との間の関係が、以下のように記載されている:
ここで、rは、発射口の半径であり、kTは、プラズマイオン温度であり、mcは、負イオンの静止質量である。
発射に関連する概念は、ビーム輝度Bである。これは、B=I/(εε)として定義され、ここで、εおよびεは、横ビーム発射である。軸対称源が予期される本開示の目的のために、Bの定義は、
となり、ここで、εは、(r,r’)間隔におけるビーム発射である。1つの実施形態において、所望される電流は、I=10〜15mAである。
負イオン電流密度jが、以下の等式によって定義される:

等式(3)をrについて解き、その関係を等式(1)へ代入し、次いで、等式(2)における発射式を使用する場合、ビーム輝度についての以下の式に到達する:

等式(4)に従って、より明るいイオン源が、抽出される電流密度jに比例して関連し、イオン温度kTに反比例して関連する。
上述されている等式を使用すると、理論的な例1において、イオン発射口は、半径r=0.4 cmおよびI=10mAを有する。等式(3)は、j=20 mA/cmを与える。500mA/cmの原子ハイパーサーマル水素密度がLeeにおいて測定されたことを考慮すると、少なくとも4%のこの原子水素束が負イオンに変換される可能性がかなりある。さらに、数eVのイオン温度を等式(1)へ置換することは、0.25(πmm−mrad)の高周波四重極(RFQ)入力ビーム設計の発射より大幅に低い正規化されたrms発射(rms正規化された(εrms,n))を与える。したがって、[1]において報告される並列の負イオンエネルギー測定から、少しのeVの負イオン温度が予期される。
以下の節は、セシウム加工された変換器表面に現代的な2.45GHzマイクロ波プラズマ源を結合することに対する詳細を提供する。次いで、負イオンビームを35keVまで同時に加速し、寄生性の電子成分を分離するイオン抽出システムが提案される。目標は、(6時間より大きい)長い実行時間(run time)の負イオン源を用いた上述されているビーム質を達成することである。
ハイパーサーマル中性水素原子発生
より具体的に図を参照すると、図1に示されているように、CW負イオン源100を生成するためのシステムの例示的な実施形態は、マイクロ波源110と、イオン源プラズマチャンバ120と、導波管130と、磁気フィルタ140と、負イオン変換器150と、負イオンビーム形成機構160とを含む。
1つの実施形態において、マイクロ波源110は、2.45GHzマイクロ波源である。マイクロ波源110は、分子ガスを原子種(具体的には、ハイパーサーマル中性原子)に変換するためにイオン源プラズマチャンバ120内に提供されたガスをイオン化するマイクロ波を伝送するように構成されている。マイクロ波源110は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)原理に基づいて働き、したがって、〜875Gの軸上磁場を要求する。図12は、正重水素イオン源を示している。
MWSは、一貫して、高いガス効率および高い陽子割合(〜90%)を実証してきた。ガス効率hは、荷電粒子ビームに変換される(分子ガスの形態における)陽子または重陽子ガス核の割合として定義される。実用単位において、hは、
によって与えられる。
Los AlamosにおけるLEDA陽子加速器が、Joseph D. Sherman, et. al.,Review of Scientific Instruments 73(2), 917(2002)に記載されており、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。LEDA陽子加速器は、90%の陽子割合における4.1sccmのガス流量において154mAの水素イオンを生成した。これは、hHn+=0.26を与える。比較して、本願の重陽子イオン源は、1.9sccmのガス流量の状態で、45keVのビームエネルギーにおいて53mAまで生成した。これは、重陽子イオン生成効率hDn+=0.19を与える。
理論的には、分子から中性原子へ解離した後に中性原子から正イオンへイオン化することは、分子から負分子イオンへイオン化した後に負分子イオンから正イオンへ解離するより可能性が高い。したがって、良い原子イオン源は、良い中性原子ビーム源でもあるべきである。LEDA MWSにおいて見られる150mAのビーム電流は、0.9x1018の荷電粒子/sec(p/s)に対応する。4.1sccmのHガス流量において、当該源に入るいくつかの中性水素原子は、3.7x1018 p/sである。当該源を出る荷電粒子についてこの後者の数字を訂正することは、当該源を出る2.8x1018の中性水素原子/sをもたらす。LEDAイオン源についての発射口半径は、0.43cmであり、これは、0.58cmの面積を与える。LEDA MWSを出る全ての中性粒子が、解離したH分子の形態である場合、H電気的等価電流密度は、747mA/cmである。それゆえ、10mA/cmの負イオン源として機能させるために、中性原子から負イオンへの1.3%の変換効率が要求される。
ハイパーサーマルH(エネルギー>2eV)が、Brian S.Lee,「Surface Production of negative Ions by Backscattering Hyperthermal Hydrogen Atoms」、Ph.D.Thesis,Department of Physics and Engineering,Stevens Institute of Technology,Castle Point Station, Hoboken,NJ(1993)(以下、「Brian S. Lee」)に記載されているH分子のFranck−Condon解離機構を通して高温電子プラズマによって発生させられ得、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。H分子およびH分子についての30eVまでの電子状態についての潜在エネルギー曲線において、Franck−Condon領域が、図20に示されている。解離したHおよびHについての始まりおよび最小分離エネルギーが示されている。H分子についての解離断面積が、図21に示されている。図20および図21の両方は、H分子の直接解離についての約8.8eVの電子エネルギー閾値を指し示す。(温度kTでのマクスウェル分布に基づく)解離断面積および電子速度から計算された反応速度<sv>が、図22に示されている。解離反応速度は、8eVの電子温度付近で飽和する傾向がある。
Taylorは、ダブル円筒Langmuirプローブ測定が20eVの電子温度を典型的に与えたことを報告した。この高温は、H解離反応速度を図22の飽和部分の状態にする。上述されている理論と組み合わせられるこの実験的データは、本願の負イオン源において分子解離速度が高いことを示唆している。
式(4)〜式(5)は、Hの生成速度および消失速度についての連続式である。
ここで、
プラズマ電荷中性(n=n)を引き起こし、j=n=0.26A/cmから抽出される正電流密度からnについて解き、1eVの妥当なプラズマイオン温度からvをとることによって、以下の式(7)が取得される:

LEDA MWSにおけるHの密度(n(H))が、0.86cm直径の発射口を通る分子H流量を想定し、かつ、4sccmHガス流量における源圧力(T)を計算し、かつ、ロシュミット数を用いて源圧力を数密度に変換することによって、見出される。その結果は、
である。
式(6)からH束()について解き、図14からLEDAイオン源パラメータと最大<sv>=7.8x10−9cc/sとを代入すると、
が見出される。ここで、a=1が仮定される。FHoを電荷等価に変換すると、当業者は、1.056A/cmを計算する。上記において、最高H束が0.75A/cmであることが見出された。この分析は、TE100モードにおける2.45GHzMWSがハイパーサーマルHの優れた源である可能性があることを示唆している。図16は、提案されている2.45GHzH源の中の主要構成要素の概念アニメーションを示している。
高電圧におけるプラズマチャンバ120と、接地電位におけるマイクロ波源110とを有することが望ましい。したがって、プラズマチャンバ120およびマイクロ波源110は、電気的に絶縁されなければならない。これは、マイクロ波源110によって発生させられたマイクロ波をプラズマチャンバ120内へ導波管130を介して伝送することによって成し遂げられる。
1つの実施形態において、導波管130は、略円盤形状であり、フランジ131と、導波管130の中心における導波管遮断部132とを含む。導波管遮断部132は、空気で遮られるように構成されている。複数の導波管130が、積み重ねられ得るか(図X参照のこと)、または単一の導波管130が、マイクロ波源110からプラズマチャンバ120までマイクロ波電力を送達するために使用され得る。導波管130は、導波管の据え付けおよびメンテナンスを容易にするために、導波管遮断部132の一方の端部130Aにおいて、剛性であり得る一方で、導波管遮断部132の他方の端部130B(すなわち、プラズマチャンバ120に最も近い端部)において、可撓性であり得る。
導波管130は、商業的に利用可能な構成要素(例えば、方向性結合器133、自動調整器134およびサーキュレータ135)を含み得る。方向性結合器133は、マイクロ波の進行電力と反射電力との両方を決定するためにマイクロ波の位相および振幅を検出するように構成されている。自動調整器134は、負荷インピーダンス(すなわち、プラズマチャンバ120のインピーダンス)を源(すなわち、マイクロ波源110)のインピーダンスに合致させるように構成されており、それによって、反射電力を低減し、かつプラズマチャンバ120に対する結合電力を最大化する。マイクロ波源110とプラズマチャンバ120との間のインピーダンスを合致させるために、スタブ136が、自動調整器134によって発生させられた命令に基づいて導波管130に沿って異なる長さおよび様々な深さで挿入され得る。サーキュレータ135は、波動伝播の方向に基づいて特定のポートへマイクロ波を選択的に方向付けるように構成されている3ポートデバイスである。反射されたマイクロ波エネルギーからマイクロ波源110を保護するため、およびマイクロ波発生の効率を増大させるために、サーキュレータ135は、逆電力を緩和するように構成されている「ダミー」負荷を含み得る。
負イオン変換
負イオン変換器150が、原子ビームをセシウム加工表面151(例えば、セシウム加工されたモリブデンプレート)上へ方向付けるように構成されており、そこでは、原子ビームが、セシウム触媒作用を介して負イオンに変換される。負イオン変換器150の表面は、負電位にあり、その結果、負イオンが、周囲の875ガウス磁場によって加速および偏向される。負イオン変換器150は、低エネルギー負イオンビームを形成するために、負イオン抽出に適した発射穴に隣接して位置する。イオンビーム診断が、(熱量測定の)中性粒子エネルギー、中性粒子束および電子温度ならびに抽出器付近の密度をモニターするために提供され得る。
負イオンビームは、軽減されたプラズマ密度環境において形成される。中性原子は、ホット電子およびコールド電子ならびに正イオンを含む他の荷電粒子によって付随されている2.45GHzプラズマチャンバを出る。負イオン変換器150の領域における高温電子密度を低減することが重要である。温度が低減されなかった場合、例えば、負イオン源の効率が減少させられる。負イオン源解離断面積(図17を参照のこと)が、エネルギー>2eVを有する電子による負イオンのインパクトであることは、周知である。H電子親和力が0.75eVであるので、1eV未満の電子エネルギーにおける断面積の急速減少が生じる。この出来事を起こらないようにするために、プラズマチャンバ120および負イオン変換器150は、磁気フィルタ140によって分離されている。1つの実施形態において、磁気フィルタ140は、調整可能磁気双極子場にあり得る。磁気フィルタ140は、プラズマチャンバ120と負イオン変換器150との間の接合部付近に周方向に提供される。
K.N.Leung,K.W.EhlersおよびM.Bacal,「Extraction of Volume Produced negative Ions from a Multicusp Sources」,Rev.Sci.Instrum.54(1),56(January,1983)(以下、「Leung」)(この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される)に記載されているように、発射領域における電子温度を低減するためにH生成チャンバと負抽出領域との間で磁気フィルタ140を使用する磁気フィルタ技術が示された。図24は、磁気フィルタ処理されたカスプ型磁場負源においてとられた、LeungからのLangmuirプローブ測定を示している。その図の上部は、源チャンバにおけるプローブトレースを示しており、そこでは、1.4eVの電子温度が測定されている。図24の下部は、抽出チャンバにおけるプローブトレースを示しており、電子温度は、0.35eVまで低減された。マイクロ波源において見られるかなり高い電子温度を考慮すると、磁気フィルタは、電子温度を低減させるために要求される。
変換器および抽出器領域における高い負イオン温度を含む課題と高温電子密度を低減させる困難さとに対処するために、本システムは、長寿命かつ高電流密度のDC負イオン源を生成する。さらに、負イオン源は、既存の高電流負イオン源に対して、電力要件を85%減少させ、かつ下流ガス負荷を80%減少させ得る。
図19は、負イオン生成および抽出領域の概略レイアウトを示している。中性原子は、右から左へ進み、プラズマチャンバ120(すなわち、中性原子発生器)から双極子磁気フィルタ140を通して移動する。速い電子は、源粒子束からフィルタ140によって取り除かれる。遅い電子および正イオンは、Leungに記載されている機構によってフィルタ140を通過する。中性原子は、フィルタ場を通過し、いくつかの中性束は、負イオン変換器150(すなわち、セシウム加工されたモリブデン表面変換器)にぶつかる。これは、(図19に示されているような)中性原子変換効率によって決定される収率での負イオン形成につながる。負イオン源変換器150は、例えば、長い円錐形であり得(図19を参照のこと)、それにより、負イオン生成のために表面領域を最大化し、かつ、表面生成された負イオンを捕捉するために可能な限り大きい立体角を提供する。
セシウム加工されたモリブデン表面は、セシウムディスペンサからのセシウム金属の第1の適用の前に、熱せられるべきである。連続的にCsを供給することにより、最適な負イオン収率のために低仕事関数表面を維持する必要があり得る。いくらかの少ない負電圧を変換器にかけることが負イオン収率を向上させ得るので、変換器表面も、地面から絶縁されるべきである。
図11に示されている合計の負イオン収率<Y(kT)>が、(1/kT)に対して、プロットされている。この量は、後方散乱した原子の垂直エネルギーの関数として負イオン収率上のマクスウェル中性原子エネルギー分布の全体から取得される。(1/kT)の4〜6eVの範囲に位置する、図11における点は、熱原子収率測定からとられる。実線は、金属表面から反射された中性電子への予測される電子移動についての理論的結果である。
Langmuirプローブ測定は、イオン源の変換器領域における磁気フィルタ後になされる。Leungにおいて使用されたフィルタから改変されたフィルタが、マイクロ波の高い電子温度のせいで、要求される可能性が高い。連続調整可能電磁石が好まれ得る。
負イオン抽出
負イオンは、負イオンビーム形成機構160を介して抽出される(図20を参照のこと)。負イオン変換器150からの負イオン抽出は、磁場のない領域において行われるので、電子は、負イオン軌道に従う。当業者は、e:負イオン比率>1と予期するので、加速させられた電子の電力を放出することにいくらか注意を払わなければならない。負イオンおよび電子電流は、弱い磁場をかけることによってビームが最大限のエネルギーに達した後に、分離される。次いで、イオン源本体は、負イオンビームの屈曲角によって加速器ビーム線からオフセットされる。適した水冷却ビームダンプが、電子ダンプ位置において据え付けられる。Jack Boers,Proc.Of the 1995 Particle Accelerator Conference,IEEE Catalog Number 95CH35843,p.2312;R.F.Welton,et.al.,Rev.of Sci.Instrum.73(2),1013(2002)(この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される)に記載されているようなPBGUNSシミュレーションコードが、最適化された負イオン抽出システムを設計、シミュレーションおよび検証するために使用され、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。
負イオンビーム形成機構160における発射口(図19の左側)は、式(1)〜(4)に要約されている負イオンビーム生成、発射およびビーム輝度要件のために最適化されなければならない。]Stevens Institute(Brian S.Leeを参照のこと)において見出される結果が図25に示されている。報告された最大測定された負イオン電流密度は、Lisitanoコイルイオン源を使用して〜420Wのマイクロ波電力で0.25mA/cmだった(LeeおよびBrian S.Leeを参照のこと)。0.8cm直径発射口まで狭まる4.0cmの中性原子開口部直径を有する6.0cm長さのセシウム加工された円錐表面変換器が使用される場合、変換器表面積は、47cmである。この表面積と結び付けられる観察された0.25mA/cm電流密度は、12mAの負イオンを与える。さらに、イオン源は、少なくとも3倍大きいマイクロ波電力−少なくとも1200Wで動作する。また、円錐形状変換器150表面は、発射口を通過しない負イオンを再利用し得る。この再利用は、変換器からの遅い負イオンと、プラズマ電極口の方へ方向付けられている、発生器からの遅い中性原子との相互作用に対して特に効果的である。この状況は、中性原子と相互作用する負イオンの大きい共鳴電荷交換をさせ、図26に示されている。マイクロ波源の別の有益な特徴は、全ての粒子ガスの原子種への変換である。大多数の中性原子がハイパーサーマルエネルギーを下回ってプラズマチャンバを免れるとしても、かなり大きい中性原子束、およびプラズマ口付近の負イオンの再循環は、向上した負イオン生成につながる。
中性原子発生器の性能をチェックするための診断法
中性原子の速度および束は、後に負イオンを作り出すことにとって重要である。角度fだけオフセットされているスロット171を有する回転するディスクアセンブリ170が、中性原子速度をモニターするための診断具として提供され得る。回転するディスクアセンブリ170は、既知の距離Lだけ分離される。ビームパルス位置まで回転するための第2のスロット171に対する回転時間に等しい中性原子のディスク170間飛行時間を要求することによって、当業者は、等式を導き出す:
ここで、wは、rad/sにおける回転速度であり、bは、中性原子の相対論的速度であり、cは、光の速度である。この等式をrpmに変換し、bを2eVの中性原子の速度ととり、L=25cm、f=2とすると、25000rpmの回転速度が見出される。伝送される中性原子のための検出器が、負に付勢される金属ワイヤであり得、その結果、金属リボンとの中性原子相互作用によって発生させられる二次的な電子が検出される。
中性原子速度を決定するための他の方法が使用されてきた。Bernardo JaduszliwerおよびYat C.Chan,「Atomic Velocity Distributions Out of Hydrogen Maser Dissociators」,Chemistry and Physics Laboratory,The Aerospace Corp.,P.O.Box 92957,Los Angeles,CA 90009(この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される)に記載されているような1つの方法は、不均一磁場と相互作用する中性原子の磁気モーメントを使用する。その作業は、分子のRF解離装置(dissociator)を使用し、ハイパーサーマル中性原子に敏感だった。その作業は、約0.06eVの最高の原子エネルギーにつながった。分子解離から予測される〜2eVエネルギーからのエネルギー低下は、非弾性過程に起因した。2ワイヤ電場およびチョッパーによって偏向されるアルカリクラスタ[12]の電気的分極率が、速度情報を獲得するために使用された。
Zoran PetrovicおよびVladimir Stojanovic,「Anomalous Doppler Broadening of Hydrogen Lines Due to Excitation by Fast Neutrals in Low Pressure Townsend Discharges」,Mem.S.A.It.Vol 7,172(2005);K.Akhtar,John Scharer,およびR. I. Mills,「Substantial Doppler Broadening of Atomic Hydrogen Lines in DC and Capacitively Coupled RF Plasmas」,J.Phys.D:Appl.Phys.42,135207(2009).(これらの文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される)に記載されているように、光学分光法が、中性原子線の変則ドップラー拡大を研究するために使用されてきた。原子バルマー線を測定するために使用されることが可能である低価格の分光計が利用可能である。光学分光法は、実行するのに最も簡単な診断であり、光学分光法は、ハイパーサーマル中性原子分布対サーマル中性原子分布に関する所望の情報を与え得る。この診断が、中性原子のエネルギーおよび密度の測定のために導入するのに最も単純かつ最も安い診断であり得るので、この診断が十分考慮される。
中性原子ダイバージェンスおよびビームエネルギーモデルを取得することが、E.C.Samano,W.E.Carr,M.Seidl,およびBrian S. Lee, Rev. of Sci. Instrum. 64(10), 2746 (October, 1993)に議論されており、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。原子的ビームダイバージェンスが、MoOフィルムにおける中性原子の燃焼パターンを取得することによって推測されることが可能である。中性原子の低減が、MoOフィルム(黄緑)をMoO(青)に変化させる。異なる熱量計材料を用いた熱量測定が、中性原子ビームに関連付けられる温度増大を推測するために使用される。ハイパーサーマル中性原子でさえも、熱量計に対する予期される電力は、1Wまたはそれ未満であるので、熱量計設計において特別な注意を払う必要がある。
本明細書において利用されると、用語「およそ(approximately)」、「約(about)」、「実質的に(substantially)」および類似する用語は、本開示の主題に関係する一般的かつ当業者によって容認された語法に合わせて広い意味を有するように意図される。これらの用語が、提供される正確な数値的範囲にこれらの特徴の範囲を限定することなく、記載および請求されている特定の特徴の記載を可能にするように意図されるということが、本開示に接する当業者によって理解され得る。従って、これらの用語は、記載および請求されている主題の実質的でないかまたは取るに足らない改変または変化が添付の特許請求の範囲に記載されているものとして本発明の範囲内であると考慮されることを指し示すものとして解釈されるべきである。
様々な実施形態を記載するために本明細書において使用されている用語「例示的な(exemplary)」は、そのような実施形態が可能性のある実施形態の可能性のある例、提示および/または例証であること(ならびに、そのような用語は、そのような実施形態が必ずしも並外れた例または最高の例ではないことを含むように意図されること)を指し示すように意図されることに留意されたい。
本明細書において使用されている用語「結合される(coupled)」、「接続される(connected)」などは、2つの部材を直接または間接的に相互に接合することを意味する。そのような接合は、定置(例えば、永久的)または移動可能(例えば、取り外し可能または解放可能)であり得る。そのような接合は、2つの部材あるいは2つの部材および任意の追加の中間部材が相互に単一の単体として一体形成されて、または、2つの部材あるいは2つの部材および任意の追加の中間部材が相互に取り付けられて、達成され得る。
要素の位置(例えば、「上部」、「下部」、「上」、「下」など)に対する本明細書における参照は、単に、図面における様々な要素の向きを説明するために使用されている。様々な要素の向きは、他の例示的な実施形態に従って異なり得ることと、そのような変形は、本開示に含まれるように意図されることとに留意されたい。
様々な実施形態に示されかつ/または記載されている長寿命高電流連続波(CW)負イオン源の構造および配置は、単なる例証であることに留意することが重要である。ほんのわずかな実施形態が本開示に詳細に記載されたが、この開示に接する当業者は、本明細書に記載されている主題の新規の教示および利点から著しく逸脱することなく、多くの改変(例えば、様々な要素の大きさ、寸法、構造、形状、割合、パラメータの値、装着配置、材料の使用、色、向きなどにおける変形)が可能であることをすぐに認識する。例えば、一体形成されているものとして示されている要素は、複数の部品または要素からなり得、要素の位置は、入れ替えられ得るか、または他の態様で変形させられ得、個別の要素の性質あるいは数または位置は、変化または変形させられ得る。任意のプロセスまたは方法ステップの順序または配列は、代替的な実施形態に従って変形または再配列され得る。他の置換、改変、変化および省略も、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な例示的な実施形態の設計、動作状態および配置においてなされる。
本開示の追加の特徴、利点および実施形態は、以下の詳細な説明、図面および特許請求の範囲の考察から記載され得る。さらに、本開示の前記要旨と以下の詳細な説明との両方は、例示的であり、請求されている本開示の範囲をさらに限定することなく更なる説明を提供するように意図されることが理解されたい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン源変換器と、
該プラズマチャンバと該負イオン源変換器との間の電子の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と
を備える、負イオン源。
(項目2)
前記負イオン源は、負イオン源である、項目1に記載の負イオン源。
(項目3)
前記プラズマチャンバは、高電圧を有し、前記マイクロ波源は、接地電位にある、項目1に記載の負イオン源。
(項目4)
前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するように構成されている導波管をさらに備え、該導波管は、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されているフランジを備える、項目1に記載の負イオン源。
(項目5)
複数の導波管が、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するために使用される、項目4に記載の負イオン源。
(項目6)
イオン化される前記ガスは、水素であり、生成された前記ハイパーサーマル中性原子は、ハイパーサーマル中性水素原子である、項目1に記載の負イオン源。
(項目7)
前記マイクロ波源は、2.45GHzマイクロ波源を含む、項目1に記載の負イオン源。
(項目8)
前記負イオン源変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、項目1に記載の負イオン源。
(項目9)
前記磁気フィルタは、前記プラズマチャンバ前記負イオン変換器間の接合部付近に周方向に提供される調整可能磁気双極子場を含む、項目1に記載の負イオン源。
(項目10)
前記ビーム形成機構は、30kWの電圧において前記負イオンを抽出する、項目1に記載の負イオン源。
(項目11)
イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン変換器と、
該プラズマチャンバと該負イオン変換器との間に提供される電子密度の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と
を備える、負イオン源。
(項目12)
前記プラズマチャンバは、高電圧を有し、前記マイクロ波源は、接地電位にある、項目11に記載の負イオン源。
(項目13)
前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するように構成されている導波管をさらに備え、該導波管は、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されているフランジを備える、項目11に記載の負イオン源。
(項目14)
複数の導波管が、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するために使用される、項目13に記載の負イオン源。
(項目15)
前記マイクロ波源は、2.45GHzマイクロ波源を含む、項目11に記載の負イオン源。
(項目16)
前記負イオン変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、項目11に記載の負イオン源。
(項目17)
前記磁気フィルタは、前記プラズマチャンバと前記負イオン変換器との間の接合部付近に周方向に提供される調整可能磁気双極子場を含む、項目1に記載の負イオン源。
(項目18)
前記ビーム形成機構は、30kWの電圧において前記負イオンを抽出する、項目1に記載の負イオン源。
(項目19)
負イオンを生成する方法であって、該方法は、
イオン化されるガスをプラズマチャンバ内に提供することと、
マイクロ波源から該プラズマチャンバへマイクロ波を伝送し、それにより、該ガスをイオン化することであって、その結果、該ガスのハイパーサーマル中性原子が生成される、ことと、
負イオン源変換器との相互作用を介して該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換することと、
ビーム形成機構を用いて該負イオンを抽出することと
を含む、方法。
(項目20)
磁気フィルタを用いて、前記プラズマチャンバと前記負イオン源変換器との間に提供される電子密度の温度を低減することをさらに含む、項目19に記載の方法。
(項目21)
フランジを備える導波管を用いて、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁することをさらに含み、該フランジは、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されている、項目19に記載の方法。

図を参照すると、CW負イオン源100を生成するためのシステムの例示的な実施形態は、マイクロ波源110と、イオン源プラズマチャンバ120と、導波管130と、磁気フィルタ140と、負イオン変換器150と、負イオンビーム形成機構160とを含む。

1つの実施形態において、マイクロ波源110は、2.45GHzマイクロ波源である。マイクロ波源110は、分子ガスを原子種(具体的には、ハイパーサーマル中性原子)に変換するためにイオン源プラズマチャンバ120内に提供されたガスをイオン化するマイクロ波を伝送するように構成されている。マイクロ波源110は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)原理に基づいて働き、したがって、〜875Gの軸上磁場を要求する。図1は、正重水素イオン源を示している。

式(6)からH束()について解き、図21からLEDAイオン源パラメータと最大<sv>=7.8x10−9cc/sとを代入すると、
が見出される。ここで、a=1が仮定される。FHoを電荷等価に変換すると、当業者は、1.056A/cmを計算する。上記において、最高H束が0.75A/cmであることが見出された。この分析は、TE100モードにおける2.45GHzMWSがハイパーサーマルHの優れた源である可能性があることを示唆している。図1は、提案されている2.45GHzH源の中の主要構成要素の概念アニメーションを示している。

1つの実施形態において、導波管130は、略円盤形状であり、フランジ131と、導波管130の中心における導波管遮断部312とを含む(図6および図7を参照のこと)。導波管遮断部312は、空気で遮られるように構成されている。複数の導波管130が、積み重ねられ得るか(図参照のこと)、または単一の導波管130が、マイクロ波源110からプラズマチャンバ120までマイクロ波電力を送達するために使用され得る。導波管130は、導波管の据え付けおよびメンテナンスを容易にするために、導波管遮断部312の一方の端部130Aにおいて、剛性であり得る一方で、導波管遮断部312の他方の端部130B(すなわち、プラズマチャンバ120に最も近い端部)において、可撓性であり得る。

負イオンビームは、軽減されたプラズマ密度環境において形成される。中性原子は、ホット電子およびコールド電子ならびに正イオンを含む他の荷電粒子によって付随されている2.45GHzプラズマチャンバを出る。負イオン変換器150の領域における高温電子密度を低減することが重要である。温度が低減されなかった場合、例えば、負イオン源の効率が減少させられる。周知の負イオン源解離断面積(図23を参照のこと)が、エネルギー>2eVを有する電子による負イオンのインパクトである。H電子親和力が0.75eVであるので、1eV未満の電子エネルギーにおける断面積の急速減少が生じる。この出来事を起こらないようにするために、プラズマチャンバ120および負イオン変換器150は、磁気フィルタ140によって分離されている。1つの実施形態において、磁気フィルタ140は、調整可能磁気双極子場にあり得る。磁気フィルタ140は、プラズマチャンバ120と負イオン変換器150との間の接合部付近に周方向に提供される。

図1は、負イオン生成および抽出領域の概略レイアウトを示している。中性原子は、右から左へ進み、プラズマチャンバ120(すなわち、中性原子発生器)から双極子磁気フィルタ140を通して移動する。速い電子は、源粒子束からフィルタ140によって取り除かれる。遅い電子および正イオンは、Leungに記載されている機構によってフィルタ140を通過する。中性原子は、フィルタ場を通過し、いくつかの中性束は、負イオン変換器150(すなわち、セシウム加工されたモリブデン表面変換器)にぶつかる。これは、(図19に示されているような)中性原子変換効率によって決定される収率での負イオン形成につながる。負イオン源変換器150は、例えば、長い円錐形であり得(図1を参照のこと)、それにより、負イオン生成のために表面領域を最大化し、かつ、表面生成された負イオンを捕捉するために可能な限り大きい立体角を提供する。

図1に示されている合計の負イオン収率<Y(kT)>が、(1/kT)に対して、プロットされている。この量は、後方散乱した原子の垂直エネルギーの関数として負イオン収率上のマクスウェル中性原子エネルギー分布の全体から取得される。(1/kT)の4〜6eVの範囲に位置する、図1における点は、熱原子収率測定からとられる。実線は、金属表面から反射された中性電子への予測される電子移動についての理論的結果である。

負イオンは、負イオンビーム形成機構160を介して抽出される(図3および図4を参照のこと)。負イオン変換器150からの負イオン抽出は、磁場のない領域において行われるので、電子は、負イオン軌道に従う。当業者は、e:負イオン比率>1と予期するので、加速させられた電子の電力を放出することにいくらか注意を払わなければならない。負イオンおよび電子電流は、弱い磁場をかけることによってビームが最大限のエネルギーに達した後に、分離される。次いで、イオン源本体は、負イオンビームの屈曲角によって加速器ビーム線からオフセットされる。適した水冷却ビームダンプが、電子ダンプ位置において据え付けられる。Jack Boers,Proc.Of the 1995 Particle Accelerator Conference,IEEE Catalog Number 95CH35843,p.2312;R.F.Welton,et.al.,Rev.of Sci.Instrum.73(2),1013(2002)(この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される)に記載されているようなPBGUNSシミュレーションコードが、最適化された負イオン抽出システムを設計、シミュレーションおよび検証するために使用され、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。

負イオンビーム形成機構160における発射口、式(1)〜(4)に要約されている負イオンビーム生成、発射およびビーム輝度要件のために最適化されなければならない。]Stevens Institute(Brian S.Leeを参照のこと)において見出される結果が図25に示されている。報告された最大測定された負イオン電流密度は、Lisitanoコイルイオン源を使用して〜420Wのマイクロ波電力で0.25mA/cmだった(LeeおよびBrian S.Leeを参照のこと)。0.8cm直径発射口まで狭まる4.0cmの中性原子開口部直径を有する6.0cm長さのセシウム加工された円錐表面変換器が使用される場合、変換器表面積は、47cmである。この表面積と結び付けられる観察された0.25mA/cm電流密度は、12mAの負イオンを与える。さらに、イオン源は、少なくとも3倍大きいマイクロ波電力−少なくとも1200Wで動作する。また、円錐形状変換器150表面は、発射口を通過しない負イオンを再利用し得る。この再利用は、変換器からの遅い負イオンと、プラズマ電極口の方へ方向付けられている、発生器からの遅い中性原子との相互作用に対して特に効果的である。この状況は、中性原子と相互作用する負イオンの大きい共鳴電荷交換をさせ、図26に示されている。マイクロ波源の別の有益な特徴は、全ての粒子ガスの原子種への変換である。大多数の中性原子がハイパーサーマルエネルギーを下回ってプラズマチャンバを免れるとしても、かなり大きい中性原子束、およびプラズマ口付近の負イオンの再循環は、向上した負イオン生成につながる。
中性原子の速度および束は、後に負イオンを作り出すことにとって重要である。角度fだけオフセットされているスロッを有する回転するディスクアセンブが、中性原子速度をモニターするための診断具として提供され得る。回転するディスクアセンブは、既知の距離Lだけ分離される。ビームパルス位置まで回転するための第2のスロッに対する回転時間に等しい中性原子のディス間飛行時間を要求することによって、当業者は、等式を導き出す:
ここで、wは、rad/sにおける回転速度であり、bは、中性原子の相対論的速度であり、cは、光の速度である。この等式をrpmに変換し、bを2eVの中性原子の速度ととり、L=25cm、f=2とすると、25000rpmの回転速度が見出される。伝送される中性原子のための検出器が、負に付勢される金属ワイヤであり得、その結果、金属リボンとの中性原子相互作用によって発生させられる二次的な電子が検出される。




  1. イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
    マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
    該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン源変換器と、
    該プラズマチャンバと該負イオン源変換器との間の電子の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
    該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と
    を備える、負イオン源。

  2. 前記負イオン源は、負イオン源である、請求項1に記載の負イオン源。

  3. 前記プラズマチャンバは、高電圧を有し、前記マイクロ波源は、接地電位にある、請求項1に記載の負イオン源。

  4. 前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するように構成されている導波管をさらに備え、該導波管は、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されているフランジを備える、請求項1に記載の負イオン源。

  5. 複数の導波管が、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するために使用される、請求項4に記載の負イオン源。

  6. イオン化される前記ガスは、水素であり、生成された前記ハイパーサーマル中性原子は、ハイパーサーマル中性水素原子である、請求項1に記載の負イオン源。

  7. 前記マイクロ波源は、2.45GHzマイクロ波源を含む、請求項1に記載の負イオン源。

  8. 前記負イオン源変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、請求項1に記載の負イオン源。

  9. 前記磁気フィルタは、前記プラズマチャンバ前記負イオン変換器間の接合部付近に周方向に提供される調整可能磁気双極子場を含む、請求項1に記載の負イオン源。

  10. 前記ビーム形成機構は、30kWの電圧において前記負イオンを抽出する、請求項1に記載の負イオン源。

  11. イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
    マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
    該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン変換器と、
    該プラズマチャンバと該負イオン変換器との間に提供される電子密度の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
    該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と
    を備える、負イオン源。

  12. 前記プラズマチャンバは、高電圧を有し、前記マイクロ波源は、接地電位にある、請求項11に記載の負イオン源。

  13. 前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するように構成されている導波管をさらに備え、該導波管は、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されているフランジを備える、請求項11に記載の負イオン源。

  14. 複数の導波管が、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するために使用される、請求項13に記載の負イオン源。

  15. 前記マイクロ波源は、2.45GHzマイクロ波源を含む、請求項11に記載の負イオン源。

  16. 前記負イオン変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、請求項11に記載の負イオン源。

  17. 前記磁気フィルタは、前記プラズマチャンバと前記負イオン変換器との間の接合部付近に周方向に提供される調整可能磁気双極子場を含む、請求項1に記載の負イオン源。

  18. 前記ビーム形成機構は、30kWの電圧において前記負イオンを抽出する、請求項1に記載の負イオン源。

  19. 負イオンを生成する方法であって、該方法は、
    イオン化されるガスをプラズマチャンバ内に提供することと、
    マイクロ波源から該プラズマチャンバへマイクロ波を伝送し、それにより、該ガスをイオン化することであって、その結果、該ガスのハイパーサーマル中性原子が生成される、ことと、
    負イオン源変換器との相互作用を介して該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換することと、
    ビーム形成機構を用いて該負イオンを抽出することと
    を含む、方法。

  20. 磁気フィルタを用いて、前記プラズマチャンバと前記負イオン源変換器との間に提供される電子密度の温度を低減することをさらに含む、請求項19に記載の方法。

  21. フランジを備える導波管を用いて、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁することをさらに含み、該フランジは、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されている、請求項19に記載の方法。

 

 

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類似の特許
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試料作製装置 // JP2016100203
【課題】試料の汚染を低減させることができる試料作製装置を提供する。【解決手段】試料作製装置100は、イオンビームを照射して試料2の断面を作製する試料作製装置であって、イオンビームを発生させるイオンビーム発生部10と、試料2を保持する試料ホルダー20と、イオンビームから試料2の一部を遮蔽する遮蔽板30と、試料2の後方であってイオンビームの経路上に配置され、イオンビームの入射方向に対して傾斜した入射面62を有する傾斜板60と、を含む。【選択図】図1
【課題】ホウ素注入の改良された方法を提供する。
【解決手段】ホウ素含有イオンを、三フッ化ホウ素と比較してより容易に劈開する、フッ化ホウ素含有ドーパント種を用いて、注入する方法。ホウ素含有イオンを、三フッ化ホウ素と比較してより容易に劈開する、フッ化ホウ素含有ドーパント種を用いて注入することを含む、半導体デバイスの製造方法。水素化ホウ素前駆体を供給するシステム、および水素化ホウ素前駆体を形成する方法、ならびに水素化ホウ素を供給する方法もまた、開示される。発明の一つの実施形態において、集積回路のような半導体製品を製造するために、水素化ホウ素前駆体は、クラスターホウ素注入のために生成される。
【選択図】なし
【課題】弱毒生ウイルス組成物の劣化または不活化を低減しまたは防止する方法および組成物を提供する。【解決手段】弱毒生ウイルス組成物は、1種または複数の弱毒生フラビウイルス、ラクトアルブミンおよび血清アルブミンからなる群から選択される1種または複数のアルブミン、およびトレハロースを含む。この弱毒生ウイルス組成物は、弱毒生ウイルスの不活化を低減させることができる。また、この弱毒生ウイルス組成物の不活化を低減させる方法およびキットが提供される。【選択図】図1
多種イオン源 // JP2015525951
ガス室を備える高輝度イオン源は多数のチャネルを含み、それらの多数のチャネルはそれぞれ異なるガスを有する。それらのチャネルのうちの1つのチャネルに電子ビームを通して、試料を処理するためのあるイオン種のイオンを供給する。異なるガス種を含む別のチャネル内に電子を導き、第2のイオン種のイオンで試料を処理することによって、イオン種を高速で変更することができる。偏向板を使用して、ガス室に入るように電子ビームを整列させ、それによって集束イオン・ビーム中のガス種を高速で切り換えることを可能にする。
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