JPH0360139B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中性分子および原子をイオン化する
ためのイオン源に関するものである。

イオン源の重要な用途は、核融合エネルギー実
験および炉の中性子ビーム入射システムにある。
かかるイオン源からのイオンは静電的に加速され
て高いエネルギーをもつた後、中和されて高エネ
ルギーの中性原子のビームを発生する。中性ビー
ム入射システムは、トカマクのような磁気閉込め
核融合エネルギー装置および磁気ミラー核融合装
置においてプラズマを加熱するため、メガワツト
のエネルギーを与える。かかる融合エネルギー装
置内の最初低温すなわち低エネルギーのプラズマ
イオンは、中性ビーム源からの高エネルギー粒子
を打ち当てられることによつて加熱されて高エネ
ルギーとなる。磁気閉込め型融合エネルギー装置
の極めて高い磁場は、プラズマを有効に閉込める
ばかりでなく、帯電粒子がプラズマを貫通するの
を防止する。中性粒子は強い磁場によつて影響を
受けないから、高エネルギー中性粒子はこれらの
融合プラズマを加熱するに良い選択を与える。活
発な中性粒子または原子が融合プラズマに入る
際、中性粒子または原子はプラズマ電子によつて
再イオン化される。これらの高エネルギーすなわ
ち高温のイオンは次の反応炉の磁場によつて包囲
される。

正イオンは現在の中性ビームシステムにおいて
大いに用いられており、この理由は、正イオン
は、例えば80eVの電子を電子放出によつて比較
的容易に発生されるからである。正の荷電される
水素イオンを発生させるための典型的イオン源
は、米国特許第4140943号に示されている。水素
はプラズマ発生器容器内に入射され、この容器内
で複数のタングステンフイラメントによる高電流
電子放出によつてイオン化される。これらの正イ
オン源の抽出器グリツドは、イオン化したプラズ
マに対して負の電位をもつている。電子は出力束
に現われないよう抑制される。なぜならば、負に
帯電された電子は抽出器グリツド上の負電位によ
つてはじかれるからである。高エネルギーの中性
粒子に変換するため、イオン源からの正イオンは
静電的に加速されて高エネルギーをもつた後、低
圧ガスセルを通過させられてこのセル内で電荷が
中性化されることにより中性化される。

中性ビームシステムにおいて正イオンを用いる
ことによつて生ずる一つの問題は、正イオンの加
速電位が増大するにしたがつて、正イオンを中性
化することが次第に困難になることである。イオ
ン加速電位が増大するにしたがい、中性粒子に変
換できないイオン化粒子の割合が益々増大する。
非中性化の正帯電の粒子ははじかれるかまたはプ
ラズマに入らぬよう変更され、したがつて、プラ
ズマのエネルギーを増大させるのに役立たない。
イオンエネルギーが増大するにしたがつて、正イ
オン源はプラズマを加熱する作用が次第に低減す
る。磁気的に閉込められた融合装置内でプラズマ
を加熱するためには、一般的にメガワツトのオー
ダーでの中性ビーム力が必要であり、正イオン中
性ビーム源をさらに高いエネルギーの中性ビーム
源と考える場合に、効率の低下は重大な欠点であ
るということを認識すべきである。

将来の核融合エネルギー装置は、継続作動を維
持するためにさらに多くのエネルギー入力が必要
であると考えられる。中性ビームはかかる目的に
適するものである。益々高いエネルギーの中性ビ
ームシステムに対する要求が引続き生ずるから、
中性ビームシステムにおいては、正イオンよりも
むしろ、負イオンを用いることに着目されてい
る。なぜならば、正イオンに比べて、負イオンの
中性化の方が高エネルギー負イオンに対して遥か
に効率が高いからである。負の水素または重水素
イオンの場合には、0.7eVといつた弱い結合力で
電子が中性原子に結合しているため、例えば、レ
ーザービームによる中性化が比較的容易に行なわ
れる。150eVより大きいエネルギーを有する負の
水素および重水素イオンに対しては、60％以上の
中性化効率が可能である。

しかし、負イオンの使用が注目されているにも
かかわらず、現在の負イオンの高電流源は、かか
るイオン源から抽出された負イオンとともに相当
数の望ましくない電子を発生するため、これらの
多数の電子を加速するのに多量の電力が消費され
るという問題がある。これらの高エネルギー電子
はまた相当数の望ましくないＸ線をも発生する。
これらの多数の電子は、コレクター電極へ電子を
変更させるExB電子抽出器を用いることによつ
て負の水素イオンビームから普通に分離される。
負イオン源の出力からの多数の電子の発生および
遮断は相当の電力を必要とし、システムにおいて
相当の電極が消費される。したがつて、できるだ
け多くの電子が高電流負イオン源の出力束から抑
制されることが望ましい。

負水素イオの製造については、Leungおよび
Ehlers著「Review of Scientific
Instrumentaion」53、1982年６月、第30頁に
「自己抽出負イオン源（Self−exfraction
Negative Ion Source）」と題する報文に記載さ
れている。これに記載の方法では、約200ボルト
の正電位によつて正にイオン化した水素およびセ
シウム粒子を加速し、銅のコンバータ表面に当て
る。これにより、負イオンがコンバータ表面に形
成され、同じ正の電位によつて加速される。セシ
ウムは極めて活性な物質であつて、取扱いが危険
であり、困難である。かかる方法では、コンバー
タ表面からのスパツタリングがもう一つの問題で
ある。

本発明の目的は、負イオン源の出力から抑制さ
れた電子を有する負イオン源を提供しようとする
ものである。

本発明の他の目的は、負イオン化した粒子の大
きな束を効率よく生ぜしめる負イオン源を提供し
ようとするものである。

本発明の上述した目的および他の目的を達成す
るため、また、本発明の目的にしたがつて、本明
細書において具体的かつ広範囲に記載するよう
に、負イオン源を設ける方法および装置を記載す
る。本発明は、大量の負イオンを発生させ、これ
らの負イオンを静電的に加速して高エネルギーと
した後、中性化して高エネルギーの中性ビームを
形成し、次いで、このビームを用いて磁気的に閉
込めたプラズマを加熱するために特に有用であ
る。

本発明による装置は、中性分子および原子から
発生された負イオン源である。この負イオン源
は、高エネルギーのイオン化用電子によつてイオ
ン化された粒子を収容するための室をその内部に
有する容器を備える。この容器は、放電装置とし
て陽極部分を有し、これにより中性分子および原
子をイオン化する。本発明の一つの実施例におい
ては、容器壁が放電陽極を構成する。高エネルギ
ーの電子を反射させるための磁気フイルタ装置を
上記室を横切つて延長して設け、これにより室を
２個の帯域に分割し、一方の帯域はイオン化帯域
とし、他方の帯域は抽出帯域とする。本発明の一
つの実施例においては、例えば、永久磁石による
磁場によつてフイルタ装置が与えられる。正バイ
アスされた抽出器アツセンブリは、抽出帯域から
の負イオンの流れを抽出するための手段、すなわ
ち、抽出電界を与える。バイアスされたイオン化
容器の抽出帯域に隣接してプラズマグリツドを設
け、このプラズマグリツドを陽極に対して僅かに
正として抽出帯域におけるプラズマ電位を増大さ
せ、負イオン出力束から電子が放出するのを抑制
する。これは予期に反することであり、通常は、
プラズマグリツド上の正のバイアスが抽出器流の
正の電位によつて抽出されるイオン源出力に電子
が引きつけられるであろうと考えられるにもかか
わらず、プラズマグリツドを正にバイアスするこ
とによつて、実際には、負イオンの出力流におけ
る低エネルギー電子の数を減少する。低エネルギ
ー電子はイオン化帯域内で発生する正のイオンと
ともに引かれることによつて抽出帯域に入り、室
を横切つて延びる磁気フイルターを通過する。し
かし、この場合、プラズマグリツド上の僅かな正
のバイアスによつて、正イオンははねかえされて
抽出帯域に入ることができない。なぜならば、抽
出帯域のプラズマ電位がプラズマグリツド上の正
のバイアスによつて一層正になるからである。低
エネルギーの電子は抽出帯域内に存在しないか
ら、抽出器電界によつて低エネルギー電子が抽出
帯域から引出されることはない。さらにまた、本
発明によれば、出力から電子が放出するのを抑制
するための附加的装置を設けることもできる。こ
の附加的装置は例えば、抽出器電界に対して整列
した磁界を与えて電子にExBドリフトをもたら
す手段を備えている。

本発明の他の目的、利点および新規な特徴は下
記の記載により明らかとなり、また、本発明の試
験的実施または実際的実施によつて当業者は知る
ことができるだろう。

次に、本発明を図示の好適実施例につき説明す
る。

以下に説明する負イオンのイオン源は、本願の
発明者によつて1982年５月４日に出願された出願
中の米国特許出願第374847号の明細書に記載され
ている正イオン源とほぼ同様に構成されている。
本明細書中に上記米国特許願を引用して参照す
る。

図面において、第１図は、負イオン源１０の一
つの実施例を示す。直径が20cmで、軸線１３に沿
つての長さが24cmの円筒型ステンレス鋼容器１２
の中空内部にイオン化水素を入れる室１４が形成
されている。容器１２の一端は銅製端板１６が取
付けられた端フランジ部材１５によつて閉止され
ている。水素ガス分子は端板に形成されている通
路１８を経て室１４内に注入される。パルス作動
されるガス弁２０は、ガスのイオン化の直前に、
図示しないガス源から水素ガスを室１４内に放出
するように作動する。図示の例では、水素ガスお
よび原子は高エネルギー電子、すなわち、約
80eVのエネルギーを有する電子の放電によつて
イオン化される。複数個の水冷タングステンフイ
ラメントアツセンブリ３０が、水素分子および原
子をイオン化するため80eVの高エネルギーの電
子を放出または放射するための装置として用いら
れる。タングステンフイルラメント３２のヒータ
は８ボルト、1000アンペアのフイラメントヒータ
ー電源３４によつて作動される。80ボルト、700
アンペアの電子放出用電源３６の負端子は各フイ
ラメントアツセンブリ３０に接続され、正端子は
導電性の銅製容器１２に接続されている。放電に
際して、フイラメント３２は陰極となり、容器１
２は陽極となる。

3.6kGの磁界強さを有する複数個の隔置された
サマリウムコバルト永久磁石４０が、ステンレス
鋼容器１２および銅端板１６の外側における条溝
内に固定されている。これらの永久磁石は適切に
配置されて、極が交互に変わつてイオン化室１４
内に多重カスプの（multi−cusped）磁場を生ぜ
しめるように組立てられる。

第２図および第３図は、複数個の磁気フイルタ
アツセンブリ５０の詳細構造を示しており、この
磁気フイルタアツセンブリは高エネルギー電子を
反射するため室１４を横切つて延びる磁気フイル
タ装置の好適例を与えている。直径６mmの複数個
の中空銅管５２を４cmの間隔で隔置させて容器１
２の内部を横切つて延長して設けている。第２図
に示すように、容器１２の壁に貫通した孔に管５
２を貫通させ、ろう付けによつて固定して真空シ
ールしている。第３図に示すように、中空銅管５
２の内壁をブローチ加工して一連の等間隔で離間
した長さ方向に延びる整合用条溝５４を設けて、
多数のサマリウムコバルト永久磁石５６を所定位
置に挿入して固定し得るようにする。永久磁石は
それぞれ数センチメートルの長さを有し、一辺の
長さが3.5mmの四角断面形状を有する。各永久磁
石の隅角は整合用条溝５４にそれぞれ掛合し、永
久磁石５６の各側に隣接して長さ方向に延びる冷
却用通路５８を形成させる。水のような冷却流体
をポンプにより通路５８に流し、これにより、永
久磁石５６をイオン化室１４内の所定位置に保持
する銅管５２に容器１２内のプラズマ粒子が当る
際に加熱される磁石を冷却するようにしている。

各アツセンブリ５０の永久磁石５６は75ガウス
の磁界を生ぜしめ、中空銅管５２内に適切に配向
して、第１図に示すように、隣接するアツセンブ
リが互いに対向する反対極製の磁極を有するよう
構成している。第４図は、磁気フイルタアツセン
ブリが位置する平面からの距離の関数として磁界
Ｂをプロツトして示す。

磁気フイルタアツセンブリ５０によつて与えら
れる磁場を適切に選択して正イオン源に要求され
るよりも強力な強い磁場を生ぜしめた。なぜなら
ば、正イオン源における電子は負の抽出器電位に
よつて当然に追い払われるからである。磁界はイ
オン化容器１２内の室１４を２個の帯域に分割す
る。第１帯域は、端板１６と磁気フイルタアツセ
ンブリ５０との間に形成されるイオン化帯域６０
である。第２の帯域は磁気フイルタアツセンブリ
のもう一つの側で容器１２内に形成される抽出帯
域７０であり、この抽出帯域はイオンと比較的少
数の高エネルギー電子とを含む。

比較的高速度の80eVの高エネルギー電子はイ
オン化帯域内に閉込められる。なぜならば、これ
らの高エネルギー電子は磁界フイルタアツセンブ
リ５０によつて与えられる比較的強力な磁界によ
つて偏向されるからである。しかし、イオンおよ
び低エネルギー電子のような比較的低速の粒子は
磁気フイルタを通過することができる。比較的低
速の電子が通過する理由は十分に理解されていな
いが、しかし、正イオンが磁場を通じてドリフト
する際に、正イオンが低速電子を引きずると信じ
られている。これがため正イオンが磁界を通過す
るのを防止することによつて、低エネルギー電子
が磁界を通過するのを同様に防止することは明ら
かである。

第１図に示すように、抽出帯域７０は、磁気フ
イルタアツセンブリ５０によつて与えられる磁場
とイオン抽出系７２との間に延長している。プラ
ズマグリツドアツセンブリ７４は容器１２の端に
取付けられ、絶縁物７５によつて容器から電気的
に絶縁されている。このプラズマグリツドアツセ
ンブリはイオン抽出帯域７０に隣接して位置する
複数個の互いに隔置された導電性グリツド部材７
６を備えている。イオン抽出系７２の抽出器グリ
ツドアツセンブリ８０は、第１図に示すように容
器１２のイオン抽出帯域の反対側に位置する複数
個の互いに隔置された導電性抽出器グリツド部材
８２を備えている。

第５図に示すように、孔マスク板９０が抽出帯
域７０に隣接する容器１２の端に設けられてい
る。マスク板９０には貫通孔９２が形成され、こ
の孔９２はイオン源１０からのイオン出力ビーム
の断面積を制御する。

第６図は、互いに電気的に結合された孔マスク
板９０とプラズマグリツド素子７６とを示してい
る。プラズマグリツド素子７６は、図示のよう
に、入口管７８に接続されたマニホルド７７を経
て水冷されている。同様に、抽出器グリツド部材
８２は入口管８４に接続されたマニホルド８３に
よつて水冷されている。プラズマグリツドアツセ
ンブリ７４および抽出器グリツドアツセンブリ８
０は絶縁物９６によつて互いに電気的に絶縁され
ている。

プラズマグリツドアツセンブリ７４は容器１２
よりも僅かに正に、すなわち約４ボルト高く、第
１図に示すプラズマグリツドバイアス電圧源１０
２によつてバイアスされている。このプラズマグ
リツドにおける僅かに正の電圧は、抽出帯域７０
におけるプラズマを一層正にバイアスし、これに
よりイオン化帯域６０と抽出帯域７０との間のプ
ラズマ電位は減少する。このプラズマ電位差の減
少の結果として、正イオンがイオン帯域６０から
出て磁気フイルタアツセンブリ５０によつて与え
られた磁場を横切つて抽出帯域７０に通過するの
を阻止する。磁気フイルタは、高エネルギー電子
がイオン化帯域から抽出帯域に通過するのを阻止
する。しかし、磁気フイルタは低エネルギー電子
がイオン化帯域６０から抽出帯域７０に通過する
のを防止しない。電子は負電荷を有し、かつ抽出
器グリツドアツセンブリ８０によつて与えられて
いる抽出電位は抽出帯域７０に対して数千ボルト
程度正であるから、抽出帯域７０における電子は
出力束に引きつけられ、この束は前述したよう
に、強い出力ドレンを生じ、イオン加速計に引き
入れられる多数の電子のために多量のＸ線を発生
する。低エネルギー電子が磁気フイルタを通過す
る正確なプロセスは未だ十分に理解されていない
が、しかし、抽出帯域７０における電子の密度、
したがつて、抽出電子の数は、磁気フイルタを通
過する正イオンの数に密接な関係を有することが
判明している。

第８ａ図は、1.5×10^-3トルの実際の圧力下で、
80ボルト、１アンペアの放電によつて水素に対し
て行なつたラングミユアプローブ（Langmuir
probe）測定のグラフを示す。この測定は、イオ
ン化帯域６０の中心にラングミユアプローブを置
いて行なつた。このグラフは、プロズマグリツド
７４と容器１２との間の固定バイアス電圧Vbに
対するプローブ電流および電圧を示す。各曲線の
上方ブレーキ点はプラズマ電位を示し、これは、
０〜10ボルト間のVbに対して約４〜５ボルトの
範囲で見られる。第８ｂ図は、第８ａ図と同じ構
成についてのラングミユアプローズ測定を示し、
Vbの同じ範囲に対して抽出帯域８０内のプラズ
マグリツド７４の前方で測定した。プラズマグリ
ツドにバイアス電圧がない場合、すなわち、Vb
が０である場合には、イオン化帯域６０の電位は
抽出帯域７０の電位より約1.5ボルト正側にある。
この電位の勾配は、正イオンをイオン化帯域６０
から抽出帯域７０に駆動し、正イオンと一緒に電
子を移動させる傾向がある。上述の電位の勾配は
負イオンが抽出帯域７０へ通過するのも禁止し、
しかも負イオンをイオン化帯域６０内に後方に加
速する。かかる加速は振動により励起された水素
分子を分離させるような処理によつて抽出帯域に
おいて発生される。

第８ａ図および第８ｂ図から明らかなように、
Vbが増大されるにしたがつて、イオン化帯域と
抽出帯域との間のプラズマ電位差は減少する。こ
の結果として、正イオン、したがつて、低エネル
ギー電子が抽出帯域７０に入ることはさらに難し
くなる。したがつて、抽出正イオン流I⁺および抽
出電子流I_eは低減される。

第９ａ図、第９ｂ図、および第９ｃ図は実験の
結果を示す。この実験に当つては、正確な測定値
が得られるようにするため、マスク板９０の孔９
２をマスクして0.15cm×1.3cmの矩形の抽出孔に
して用いた。第９ａ図は、抽出水素負イオン流I^-
を、プラズマグリツド７４上のバイアス電圧Vb
の関数としてプロツトして示す。第９ｂ図は、抽
出電子流I_eをプロツトして示す。第９ｃ図は、抽
出器電源１０２の極性を逆にした場合の抽出正イ
オン電流I⁺を示す。

大地に対して負の1000ボルトの電位を容器１２
に印加した。これによつて抽出されたビームを２
種の診断法によつて分析した。第１の診断法に
は、抽出器の直ぐ外側に小型の磁気偏向質量分析
計を設置して用いた。この第１の診断法は、抽出
したH^-イオンの相対的測定および抽出イオンの
種類の分析のために用いた。しかし、第１の診断
法は、相対的測定値を与えるが、H^-イオンまた
は抽出ビームの電子流の正確な値を与えることは
できない。第２の診断法は、永久磁石質量分離器
を抽出器およびアツセンブリ８０の直ぐ後に設置
して用いた。この診断法は、フアラデイカツプ
（Faraday cup）を用いて抽出した負イオン流I^-
および電子流I_eを測定する。一対の薄いセラミツ
ク磁石によつて発生される弱い磁場によつて、電
子を黒鉛コレクター上に偏向させる。弱い磁場に
よつて極く僅かに影響を受けた負イオンをフアラ
デイカツプ内に通過させる。カツプに小さい正の
バイアス電位をかけて二次電子の発生を抑制し
た。かようにすることによつて、電子流に対する
抽出H^-イオン流の比ならびに抽出H^-イオン流密
度を種々の作動条件に対して測定することができ
た。１アンペアのイオン化電子放電流に対し、負
イオン源１０の抽出負イオン流密度は0.12ｍＡ／
cm²であり、磁気フイルタの幾何学的構成および抽
出電圧レベルを最適なものとすることによつて抽
出負イオン流密度をさらに増大させることができ
る。

サマリウムコバルト磁石５６を備える磁気フイ
ルタ５０を用いることによつて、第９ａ図に示す
ように、Vb＝０に対して、12マイクロアンペア
の抽出負イオン流が得られた。第９ａ図に示すよ
うに、Vbが増大されるにしたがつて、さらに多
くの負イオンI^-を抽出することができる。なぜな
らば、イオン化帯域６０内で形成される負イオン
は磁気フイルタを横切ることができるからであ
り、また、抽出帯域７０において発生された負イ
オンはイオン化帯域６０に向けて戻る方向に加速
されないからである。Vbが約４ボルトより増大
すると、負イオン流の減少を示す。

第９ｂ図および第９ｃ図が示すように、Vbが
４ボルトより増大する場合、電子流または正イオ
ンがさらに減少する現象は認められない。Vb＝
０では、抽出電子流I_eは約11.5ミリアンペアであ
り、Vbが増大するにしたがつて、抽出電子流は
減少し、Vb＝2.5ボルトで、I_eは約2.8ミリアンペ
アに減少する。これがため、比較的強力なサマリ
ウムコバルト磁石５２を用いてVb＝０ボトルに
設定することによつて、I^-／I_eの比は１／120に
改善される。

第９ａ図および第９ｂ図が示すように、磁気フ
イルター５０なしでは、Vb＝０で、第９ａ図に
示すような約２マイクロアンペアの負イオン流が
アンペアの放電流で負イオン源から抽出された。
しかし、この負イオン抽出と同時に、約17マイク
ロアンペアの電子流が第９ｂ図に示すうに生じ
た。これがため、電子流に対する抽出負イオン流
の比は１／9000である。抽出電源の極性を逆にし
た場合、同じ放電流および抽出電圧で、磁気フイ
ルタ５０を用いないで、第９ｃ図に示すように、
245マイクロアンペアの正の水素イオン流が測定
された。したがつて、I^-／I⁺の比は約１／120で
ある。

負イオン源１０から負イオンを抽出するため
に、抽出器グリツド８０は容器１２に対して正に
バイアスされる。第１図に示す本発明の実施例に
おいては、抽出器グリツド８０を大地接続し、第
１図に示すような抽出器用バイアス電圧源１０６
を用いて容器１２と大地との間に大きな負の抽出
器電圧を印加することによつて、上述の正のバイ
アスが得られる。上述した測定では、抽出器電圧
は約1000ボルトであつたが、しかし、抽出器電圧
は1000〜10000ボルトの範囲とすることができる。
ついで、附加的加速手段（図示せず）によつて負
イオン源から抽出した負イオンを１メガボルトの
ような高い電圧に加速する。レーザービームを利
用して負の水素イオンを中性化する場合には、抽
出器グリツド８０を高い正の電圧に接続し、容器
２０を大地接続することができる。

第７ａ図は、内部に永久磁石１１０を置いた中
空の三角形断面の管で構成されたプラズマグリツ
ド部材７６の断面を示す。図示の永久磁石は、抽
出器によつて発生される負イオンの流れからの電
子を抑制するための附加的手段の役目を果す。永
久磁石１１０はセラミツクで構成され、辺の寸法
が0.2cmと0.25cmで、3.0cm長さを有する。一連の
永久磁石１１０が導電性管状プラズマグリツド部
材７６内に置かれて永久磁石の面と三角形のグリ
ツド部材７６の内側表面との間の空間によつて冷
却水の通路１１２を形成している。第７ｂ図は、
グリツド部材７６の他の形状を示す。プラズマグ
リツド部材１１６は導電性アルニコ５（Alnico5）
の材料で形成され、永久的に磁化されている。プ
ラズマグリツド部材７６および抽出器用グリツド
部材８２は中空体で構成されて冷却水の通路を設
け、これにより、これらの部材に負イオン源から
抽出される帯電粒子が衝突する際に、これらの部
材を冷却するように構成されている。

セラミツク磁石１１０によつて与えられる最大
Ｂ−磁場は約350Gで、0.5cmの範囲で急速に低下
する。1000ボルトの抽出電圧では、プラズマグリ
ツドに到達する電子は500eVのエネルギーを必要
とする。抽出器の電界およびセラミツク磁石１１
０のＢ磁場によつてこれらの500eVの電子はサイ
クロイド運動で抽出器から遠去かる方向にExB
ドリフトされる。これよりも遥かに重い負の水素
イオンは影響をほとんど受けることなく通過す
る。

第１０図は、ExB電子抑制装置を用いたとき
のVbの関数としての抽出負イオンおよび電子流
を示す。第１０図に示すように、プラズマグリツ
ド７４が2.5ボルトでバイアスされる場合、負イ
オン流に大きな変化は生じない。しかし、ExB
抑制装置を用いることによつて、電子流はほぼ50
のフアクターで低下する。ドリフトしている電子
を捕集するために抽出孔の一端でプラズマグリツ
ドに対して小さい針金を設置することによつて、
附加的電子抑制が得られる。これにより電子に対
する負イオンの比がほぼ１になる。

上述した本発明の好適実施例は本発明の一例を
示すに過ぎない。本発明は上述した好適実施例に
よつて制限されるものではなく、上述した記載に
基づいて種々の態様で本発明を実施することがで
きる。本発明の原理および実際上の応用を最も良
く説明するため上述した実施例を選んで記述した
のであり、これにより、当業者が種々の実施態様
で本発明を利用し、特定の用途に適する種々の変
更をなすことを可能にする。本発明の要旨は特許
請求の範囲に記載されている通りである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるイオン源の部分的縦断
面図；第２図は、第１図の２−２線に沿う断面と
して示すイオン化容器の断面図；第３図は、永久
磁石の一部およびこの永久磁石を位置決めおよび
冷却する管を示す第２図の３−３線に沿う断面
図；第４図は、本発明の一実施例におけるフイル
タ作用磁場からの距離に対する磁場強さをプロツ
トしたグラフ；第５図は、第１図の５−５線に沿
う断面としてプラズマおよび抽出器グリツドの詳
細構造を示す横断面図；第６図は、マスク板およ
びプラズマグリツドを示す第１図の６−６線に沿
う断面図；第７ａ図は、第６図の７ａ−７ａ線に
沿う断面として抽出器グリツド素子および内部に
永久磁石を位置決めしたプラズマグリツド素子を
示すプラズマグリツドの断面図；第７ｂ図は、導
電性永久磁石材料で形成された別の実施例による
プラズマグリツド素子を示す第７ａ図と同様の断
面図；第８ａ図および第８ｂ図は、強力なサマリ
ウムコバルト磁石フイルタによりイオン化帯域お
よび抽出帯域においてそれぞれ得られるラングミ
ユアプローブ特性を示すグラフ；第９ａ図、第９
ｂ図および第９ｃ図は、プラズマグリツド電圧の
関数として強力な磁気フイルタに対する抽出負水
素イオン流、抽出電子流および正イオン流をそれ
ぞれ示すグラフ；および第１０図は、強力な磁気
フイルタおよび電子抑制器に対するプラズマグリ
ツド電圧の関数として抽出負イオンおよび抽出電
子流を示すグラフである。 １０……負イオン源、１２……容器、１４……
室、２０……ガス弁、３２……タングステンフイ
ラメント、３４……フイラメントヒーター電源、
３６……電子放出用電源、４０……永久磁石、５
０……磁気フイルタアツセンブリ、５２……銅
管、５４……整合用条溝、５６……永久磁石、５
８……冷却用通路、６０……イオン化帯域、７０
……抽出帯域、７２……イオン抽出系、７４……
プラズマグリツドアツセンブリ、７５……絶縁
物、７６……導電性グリツド部材、８０……抽出
グリツドアツセンブリ、８２……導電性抽出グリ
ツド部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中性分子および原子をイオン化するための負
   イオン源であつて； 内部に室が形成されており、かつ電子放出用陽
   極を形成する部分を有する容器と； 前記中性分子および原子をイオン化する高エネ
   ルギーのイオン化用電子を放出する放出装置と； 前記高エネルギーイオン化用電子によつて生成
   されたイオン化粒子を含むイオン化帯域とイオン
   および比較的少数の高エネルギー電子を含む抽出
   帯域とに前記室を分割するように前記室を横切つ
   て延びる、高エネルギー電子を反射しかつイオン
   を通過させる磁気フイルタ装置と； 前記抽出帯域に結合され、かつ前記室から負イ
   オンを抽出する電界を与えるために正にバイアス
   された抽出装置と； 前記抽出帯域内のプラズマ電位を増加させかつ
   抽出帯域からの正イオンをはじいて抽出帯域内に
   存在する低エネルギー電子の数を減少させ、その
   結果イオン源からの負イオンの出力流から電子を
   抑制できるようにするために、前記陽極に対して
   僅かに正バイアスされかつ前記抽出帯域に隣接し
   て配置されたプラズマグリツドとからなることを
   特徴とする負イオン源。