JPS58192249A - 高周波誘導加熱型液体金属イオン源 - Google Patents
高周波誘導加熱型液体金属イオン源Info
- Publication number
- JPS58192249A JPS58192249A JP57075279A JP7527982A JPS58192249A JP S58192249 A JPS58192249 A JP S58192249A JP 57075279 A JP57075279 A JP 57075279A JP 7527982 A JP7527982 A JP 7527982A JP S58192249 A JPS58192249 A JP S58192249A
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- JP
- Japan
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- ion source
- liquid metal
- metal ion
- induction heating
- reservoir
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、成体金属イオン源のイオン化物質溶融手段に
係り、イオン化物質溶融手段に高周波誘導加熱手段を用
いたイオン源に関するものである。
係り、イオン化物質溶融手段に高周波誘導加熱手段を用
いたイオン源に関するものである。
従来、液体金属イオン源において、イオン化物質の溶融
には通電加熱手段が用いられてきた。
には通電加熱手段が用いられてきた。
第１図（ａ）、 （ｂ）は従来の通電加熱手段によるイ
オン化物’ＩＪ浴融の様子を示したものである。第１図
（ａ）は岐も単純な液体金属イオン源のチップ部構成を
示したものである。このイオン源ではイオン放出用チッ
プ２の支持部３を通電加熱してイオン化物質ｌを浴融さ
せる。このイオン源の欠点はイオン化物質１を装置に溜
められないことである。また、高融点のイオン化物質を
溶解しようとじた時、支持部３に大′ｆＬ流を流す必要
があり、支持部３が破断することがある。破断しないよ
うに支持部３の径を太くするが、支持部３をンート状に
すｎば良いが、その時には、さらに大電流が必要になる
。
オン化物’ＩＪ浴融の様子を示したものである。第１図
（ａ）は岐も単純な液体金属イオン源のチップ部構成を
示したものである。このイオン源ではイオン放出用チッ
プ２の支持部３を通電加熱してイオン化物質ｌを浴融さ
せる。このイオン源の欠点はイオン化物質１を装置に溜
められないことである。また、高融点のイオン化物質を
溶解しようとじた時、支持部３に大′ｆＬ流を流す必要
があり、支持部３が破断することがある。破断しないよ
うに支持部３の径を太くするが、支持部３をンート状に
すｎば良いが、その時には、さらに大電流が必要になる
。
第１図（ｂ）はイギリスのデュビリエ社から発売さｔし
ている液体金属イオン源のチップ部断面構成を示したも
のである。こちらのイオン源ではイオン化物質１の溜め
部４を設けてイオン源を長寿命化している。このイオン
源では、溜め部４の外側を絶縁物からなる筒６で覆い、
そこにヒーター５を巻さ、Ｗ線の通電加熱によって、イ
オン化物質ｌを溶融している。こちらのイオン源でイオ
ン化物質ｌを浴融しようとする時に、高融点のイオン化
物′這ｌに対して、大電流が必要となる。また、このイ
オン源では、熱がヒーター５から絶縁物製部６、さらに
溜め部４へ伝導してイオン化物質ｌを加熱しており、加
熱の効率が良くない。
ている液体金属イオン源のチップ部断面構成を示したも
のである。こちらのイオン源ではイオン化物質１の溜め
部４を設けてイオン源を長寿命化している。このイオン
源では、溜め部４の外側を絶縁物からなる筒６で覆い、
そこにヒーター５を巻さ、Ｗ線の通電加熱によって、イ
オン化物質ｌを溶融している。こちらのイオン源でイオ
ン化物質ｌを浴融しようとする時に、高融点のイオン化
物′這ｌに対して、大電流が必要となる。また、このイ
オン源では、熱がヒーター５から絶縁物製部６、さらに
溜め部４へ伝導してイオン化物質ｌを加熱しており、加
熱の効率が良くない。
通電力Ｕ熱方式では上記のどちらの形式のイオン源につ
いても、高融点のイオン化物質ｌを溶融するためには大
電流を必要とし、イオン源内部の電線やイオン源まで電
流を導入するための電線に大電流用のものが必要となる
。また、溜め部４を設けた形式では７１０熱の効率が良
くな込。
いても、高融点のイオン化物質ｌを溶融するためには大
電流を必要とし、イオン源内部の電線やイオン源まで電
流を導入するための電線に大電流用のものが必要となる
。また、溜め部４を設けた形式では７１０熱の効率が良
くな込。
本発明の目的は、液体金属イオン源において、イオン化
物質を充分な着溜められるイオン化物質の溜め部を有し
、イオン源を長寿命化すると共に、イオン化物質を効率
的に加熱、溶融することかできる融体金属イオン源を提
供することＫある。
物質を充分な着溜められるイオン化物質の溜め部を有し
、イオン源を長寿命化すると共に、イオン化物質を効率
的に加熱、溶融することかできる融体金属イオン源を提
供することＫある。
上記目的を達成するために本発明では、イオン化物質溜
め部を＾１波誘導加熱手段に１つて加熱するようにした
ものである。かかる本発明のｔ￥ｆ徴的徴収構成って、
高周波誘導加熱であるためにイオン化１勿質榴め部を直
接加熱でき、加熱の効率が良い。そのため、従来のイオ
ン化物質溜め部よりも大きい溜め部を無理なく力ａ熱で
きるよう［なり、イオン化物質を多く溜めら几、イオン
源の寿命を長くできる。また、従来、融点が楠いため、
通電加熱手段では必要とする電流が大き過き゛実用上溶
融困難と考えらすしていたイオン化物′貞の浴融も可能
となる。
め部を＾１波誘導加熱手段に１つて加熱するようにした
ものである。かかる本発明のｔ￥ｆ徴的徴収構成って、
高周波誘導加熱であるためにイオン化１勿質榴め部を直
接加熱でき、加熱の効率が良い。そのため、従来のイオ
ン化物質溜め部よりも大きい溜め部を無理なく力ａ熱で
きるよう［なり、イオン化物質を多く溜めら几、イオン
源の寿命を長くできる。また、従来、融点が楠いため、
通電加熱手段では必要とする電流が大き過き゛実用上溶
融困難と考えらすしていたイオン化物′貞の浴融も可能
となる。
以下、本発明を実施例に従って説明する。
第２ｒ随ｎ１本発明の一実施例であるＮＩＢイ
ｊン源を示したものである。イオン化物質ｌであ
るＮｉＨは溜め部４の中に人っている。このＮＩＢを溶
融して溜め部４の先から実吊させたチップ２の先端へ供
給し、チップ２と引き出し電極８との間に５ＫＶ以上の
高電圧をかけ、チップ２の先端からＮＩＢイオンビーム
７を引き出す。こ）時ノＮＩＢ溶融用の熱は、ワークコ
イル９に高周波をかけ、溜め部４の表面に発生させた表
面電流によるジュール熱から供給している。＾周波誘導
加熱では溜め部４を直接加熱するため熱効率が良く、Ｎ
ＩＢのような高融点（融点： ｌｌｌ０Ｃ）のイオン化
物質ｌの溶融も通電加熱に比べて比較的容易に行なえる
。また、この時、カートリッジ形式の溜め部４を固定し
ている高さ決定用セラミック碍子１３とチップ軸合わせ
用ＭＯネジ１１の溜め部４への接触面積をできるだけ小
さくして、熱伝導によって熱が逃げるのを少なくしてい
る。また、シールド用円筒ＩＯで溜め部４の周りを糧っ
て、熱輻射による熱の逃げを抑えると共にイオン源の周
りの温度上昇を防ぐようにしである。このシールド用円
筒ＩＯの底面はチップ２の先端と同じ高さに設定し、イ
オン電流の細かな制御を行なうコントロール電極として
慟かせるようにした。さらに、溜め部４、および、チッ
プ２は炭素材料で製作した。これは従来のＷ、ＭＯなど
の高融点金属で溜め部４、チップ２を作った場合、イオ
ン化物質１であるＮｉＢがこれらの全域と反応し、この
部分の寿命が短くなるためである。例えば、Ｗチップの
寿命Ｖｉ１分以内である。よって、ＮｉＢとの反応性の
少ない炭素材料をこの部分に用いたが、このイオン源で
は、溜め部４はグラファイトの焼、給体を力８工して製
作し、チップ２はグラファイトの焼結体の光にグラッシ
ーカーボンをっけ、先端の曲率半径が１μｍ程度に電解
研磨したものを用い念。このイオン源では、高周波誘導
加熱手段によって有効な加熱が可能となったためＮｉＢ
の温度を融点以上充分な高さに上げられ、また、温度を
−ヒげてもＮｉＢはカートリッジ形式の溜め部４内に封
じ込めてメ９、外部に露出しているのけ溜め部４の下端
のみのため温度上昇にょるＮｉＢの蒸発も少なくなって
いる。よって、このイオン源は高温での動作が可能とな
り、安定性良くＮＩＢイオンビーム７を引き出すことが
できた。
ｊン源を示したものである。イオン化物質ｌであ
るＮｉＨは溜め部４の中に人っている。このＮＩＢを溶
融して溜め部４の先から実吊させたチップ２の先端へ供
給し、チップ２と引き出し電極８との間に５ＫＶ以上の
高電圧をかけ、チップ２の先端からＮＩＢイオンビーム
７を引き出す。こ）時ノＮＩＢ溶融用の熱は、ワークコ
イル９に高周波をかけ、溜め部４の表面に発生させた表
面電流によるジュール熱から供給している。＾周波誘導
加熱では溜め部４を直接加熱するため熱効率が良く、Ｎ
ＩＢのような高融点（融点： ｌｌｌ０Ｃ）のイオン化
物質ｌの溶融も通電加熱に比べて比較的容易に行なえる
。また、この時、カートリッジ形式の溜め部４を固定し
ている高さ決定用セラミック碍子１３とチップ軸合わせ
用ＭＯネジ１１の溜め部４への接触面積をできるだけ小
さくして、熱伝導によって熱が逃げるのを少なくしてい
る。また、シールド用円筒ＩＯで溜め部４の周りを糧っ
て、熱輻射による熱の逃げを抑えると共にイオン源の周
りの温度上昇を防ぐようにしである。このシールド用円
筒ＩＯの底面はチップ２の先端と同じ高さに設定し、イ
オン電流の細かな制御を行なうコントロール電極として
慟かせるようにした。さらに、溜め部４、および、チッ
プ２は炭素材料で製作した。これは従来のＷ、ＭＯなど
の高融点金属で溜め部４、チップ２を作った場合、イオ
ン化物質１であるＮｉＢがこれらの全域と反応し、この
部分の寿命が短くなるためである。例えば、Ｗチップの
寿命Ｖｉ１分以内である。よって、ＮｉＢとの反応性の
少ない炭素材料をこの部分に用いたが、このイオン源で
は、溜め部４はグラファイトの焼、給体を力８工して製
作し、チップ２はグラファイトの焼結体の光にグラッシ
ーカーボンをっけ、先端の曲率半径が１μｍ程度に電解
研磨したものを用い念。このイオン源では、高周波誘導
加熱手段によって有効な加熱が可能となったためＮｉＢ
の温度を融点以上充分な高さに上げられ、また、温度を
−ヒげてもＮｉＢはカートリッジ形式の溜め部４内に封
じ込めてメ９、外部に露出しているのけ溜め部４の下端
のみのため温度上昇にょるＮｉＢの蒸発も少なくなって
いる。よって、このイオン源は高温での動作が可能とな
り、安定性良くＮＩＢイオンビーム７を引き出すことが
できた。
伝送ロスを少なくするため、また、必要以上の電力を消
費しないために、加熱周波数ｆは一般に臨界周波数ｆｃ
以上からその５倍程度に選ぶのが望ましい。この臨界周
波数ｆＣは次式で定義される。
費しないために、加熱周波数ｆは一般に臨界周波数ｆｃ
以上からその５倍程度に選ぶのが望ましい。この臨界周
波数ｆＣは次式で定義される。
ｆ ｃ ＝ １２＆５−一（Ｈｚ）
μａｔ
ここで、ρは被加熱物の比抵抗（μΩ−ｚ）、μは被加
熱物の比透磁率、ａＦ′ｉ被加熱物の半径（ｃｍ ）で
ある。今、加熱対象はグラファイトで、ρ＝１０００／
ＪΩ（？Ｆｌ！％ ｐ ” １ ％ また、ａ ＝
０．２５ ｃｍとしている。すると、ｆｃ ＝ＺＩＭＨ
ｚになる。よって適当な加熱周波数ｆは２ＭＨｚ −１
０ＭＨｚの範囲となる。しかし、今回は通信妨害を避け
るた −め、また、その仕様の電源が市販されていたた
め、加熱周波数には工業用割当周波数１３．５６ＭＨｚ
を使用した。周波数が高いと、電力は少し多めに必要だ
′が、グラファイト表面を流れる表面電流の浸透深さが
残くなり、加熱効率が良くなるので、１３、５６ Ｍ
ＨＥを使用しても加熱には支障なかった。
熱物の比透磁率、ａＦ′ｉ被加熱物の半径（ｃｍ ）で
ある。今、加熱対象はグラファイトで、ρ＝１０００／
ＪΩ（？Ｆｌ！％ ｐ ” １ ％ また、ａ ＝
０．２５ ｃｍとしている。すると、ｆｃ ＝ＺＩＭＨ
ｚになる。よって適当な加熱周波数ｆは２ＭＨｚ −１
０ＭＨｚの範囲となる。しかし、今回は通信妨害を避け
るた −め、また、その仕様の電源が市販されていたた
め、加熱周波数には工業用割当周波数１３．５６ＭＨｚ
を使用した。周波数が高いと、電力は少し多めに必要だ
′が、グラファイト表面を流れる表面電流の浸透深さが
残くなり、加熱効率が良くなるので、１３、５６ Ｍ
ＨＥを使用しても加熱には支障なかった。
本発明によれば、イオン化物質ｌの加熱が効率良く行な
えるため、ｔｏｏｏｔ：’以上の融点のイオン化物質ｌ
についてもイオンビーム７が安定して引き出せる温度ま
で容易に加熱可能で、液体金属イオン源の安定性向上に
効果がある。ま友、イオン化物質ｌの溜め部４をカート
リッジ形式にしたことによって、イオン化物質１がなく
なった時、別のイオン化物質ｌに変える時にはカートリ
ッジ式溜め部４を交換するだけで済み、作業が簡単にな
る。さらに、溜め部４、およびチップ２に炭素材料を用
いることによって、従来のＷ、ＭＯなどではそれらの金
属との反応性が高く、イオンビーム７′５ｒ引き出すこ
とが不可能であったイオン化物質ｌからもイオンビーム
７が引き出せるようになり、イオン種の拡大に効果がめ
る。
えるため、ｔｏｏｏｔ：’以上の融点のイオン化物質ｌ
についてもイオンビーム７が安定して引き出せる温度ま
で容易に加熱可能で、液体金属イオン源の安定性向上に
効果がある。ま友、イオン化物質ｌの溜め部４をカート
リッジ形式にしたことによって、イオン化物質１がなく
なった時、別のイオン化物質ｌに変える時にはカートリ
ッジ式溜め部４を交換するだけで済み、作業が簡単にな
る。さらに、溜め部４、およびチップ２に炭素材料を用
いることによって、従来のＷ、ＭＯなどではそれらの金
属との反応性が高く、イオンビーム７′５ｒ引き出すこ
とが不可能であったイオン化物質ｌからもイオンビーム
７が引き出せるようになり、イオン種の拡大に効果がめ
る。
＠１図は従来性なわれてきた通電加熱手段によ
「つてイオン化物質を溶融するタイプの液体金
属イオン源を示したものであって、同図（ａ）は最も単
純なイオン源の構成図、同図（ｂ）は市販されているイ
オン源の断面構成図、第２図は本発明による高周波誘導
加熱手段を用いた液体金属イオン源の構成図である。 １・・・イオン化物質、２・・・チップ、３・・・支持
部、４・・・溜め部、５・・・ヒーター、６・・・絶縁
物製筒、７・・・イオンビーム、８・・・引き出し電極
、９・・・ワークコイル、ｌＯ・・・シールド円筒、１
１・・・ＭＯネジ、！２・・・セラミック碍子、１３・
・・セラミック碍子、１４・・・セラミック碍子、１５
・・・支持棒。 代理人 弁理士 薄田利幸 ｙ １ 因 （α） （ｂ） 第 ２ 口 第１頁の続き ０発 明 者 宮内建興 横浜市戸塚区吉田町２９２番地株 式会社日立製作所生産技術研究 所内
「つてイオン化物質を溶融するタイプの液体金
属イオン源を示したものであって、同図（ａ）は最も単
純なイオン源の構成図、同図（ｂ）は市販されているイ
オン源の断面構成図、第２図は本発明による高周波誘導
加熱手段を用いた液体金属イオン源の構成図である。 １・・・イオン化物質、２・・・チップ、３・・・支持
部、４・・・溜め部、５・・・ヒーター、６・・・絶縁
物製筒、７・・・イオンビーム、８・・・引き出し電極
、９・・・ワークコイル、ｌＯ・・・シールド円筒、１
１・・・ＭＯネジ、！２・・・セラミック碍子、１３・
・・セラミック碍子、１４・・・セラミック碍子、１５
・・・支持棒。 代理人 弁理士 薄田利幸 ｙ １ 因 （α） （ｂ） 第 ２ 口 第１頁の続き ０発 明 者 宮内建興 横浜市戸塚区吉田町２９２番地株 式会社日立製作所生産技術研究 所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、イオン化物質溜め部、イオン化物質溶融用熱源、イ
オン放出用チップ、イオン引き出し用電極より成る液体
金属イオン源において、上記イオン化物質溶融用熱源が
高周波誘導加熱手段からなることを特徴とする高周波誘
導加熱型液体金属イオン源。 ２、上記チップ、および、上記溜め部がこれらをほぼ完
全に覆うシールド内に設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の高周波誘導加熱型液体金属
イオン源。 ３、上記イオン化物質溜め部がカー） ＩＪツジ形式に
構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の高周波誘導加熱型液体金属イオン源。 ４、上記イオン化物質溜め部、および、上記イオン放出
用チップの材質が炭素からなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の高周波誘導加熱型液体金属イオン
源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57075279A JPS58192249A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | 高周波誘導加熱型液体金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57075279A JPS58192249A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | 高周波誘導加熱型液体金属イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58192249A true JPS58192249A (ja) | 1983-11-09 |
| JPH027499B2 JPH027499B2 (ja) | 1990-02-19 |
Family
ID=13571626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57075279A Granted JPS58192249A (ja) | 1982-05-07 | 1982-05-07 | 高周波誘導加熱型液体金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58192249A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0654814U (ja) * | 1993-12-20 | 1994-07-26 | 佐二 萩原 | 合掌用枠組 |
| KR20170117364A (ko) * | 2014-10-13 | 2017-10-23 | 아리조나 보드 오브 리전트스, 아리조나주의 아리조나 주립대 대행법인 | 이차 이온 질량 분광계를 위한 세슘 일차 이온 소스 |
| US10672602B2 (en) | 2014-10-13 | 2020-06-02 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Cesium primary ion source for secondary ion mass spectrometer |
-
1982
- 1982-05-07 JP JP57075279A patent/JPS58192249A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0654814U (ja) * | 1993-12-20 | 1994-07-26 | 佐二 萩原 | 合掌用枠組 |
| KR20170117364A (ko) * | 2014-10-13 | 2017-10-23 | 아리조나 보드 오브 리전트스, 아리조나주의 아리조나 주립대 대행법인 | 이차 이온 질량 분광계를 위한 세슘 일차 이온 소스 |
| JP2017532744A (ja) * | 2014-10-13 | 2017-11-02 | アリゾナ ボード オブ リージェンツ ア ボディ コーポレート オブ ザ ステイト オブ アリゾナ アクティング フォー アンド オン ビハーフ オブ アリゾナ ステイト ユニバーシティーＡｒｉｚｏｎａ Ｂｏａｒｄ Ｏｆ Ｒｅｇｅｎｔｓ， Ａ Ｂｏｄｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ａｒｉｚｏｎａ Ａｃｔｉｎｇ Ｆｏｒ Ａｎｄ Ｏｎ Ｂｅｈａｌｆ Ｏｆ Ａｒｉｚｏｎａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ | 二次イオン質量分析計のためのセシウム一次イオン源 |
| US10672602B2 (en) | 2014-10-13 | 2020-06-02 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Cesium primary ion source for secondary ion mass spectrometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH027499B2 (ja) | 1990-02-19 |
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