JPS5852294B2 - 高密度固体物質イオン生成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高密度固体物質イオン生成装置に関する。

従来から知られている固体蒸気をイオン化する方式とし
てはクヌーセン・セル（ＫｍｄｓｅｎＣｅｌｌ）を用い
て発生した固体蒸気をイオン化する方式またはスパッタ
リングにより発生させた原子をイオン化する方式等が代
表的なものである。

しかし乍ら、例えば高融点活性金属であるモリブデン等
について１．充分な強度のビーム状イオン束を発生させ
ることについて成功していない現状である。

本発明は、連続的なフ２ツシュ蒸発法と高効率放電例え
ばペイヤード・アルパー） （Ｂ ａｙａｒｄ −Ａｌ
ｐｅｒｔ ）電離真空計型またはペニング放電型の高効
率放電方式とを組合せて、高強度即ち高エネルギーを有
し高イオン密度のイオン流を得る、前記特許請求の範囲
各項に記載の高密度固体物質イオン生成装置を提供する
ものである。

本発明装置の実施態様の数例を示す添附図面べ基づいて
更に詳述する。

第１図は本発明装置の各部材の配置関係を示す略図であ
って、１はレーザ光束源または高密度電子ビーム源、１
′はレーザ用気密窓、２は蒸発原子供給用固体物質、３
はレーザ光束又は電子ビーム、４は格子状又は網状の電
子加速電極（グリッド）、５は蒸発原子イオン化装置で
そのライラメントから出た熱電子を引きよせビームの通
過する空間へ導入する作用をする。

６はシールド電極、７はイオン引出電極、８はイオンビ
ーム束を示す。

上記装置によるイオンビーム束生成方法を説明する。

レーザ光束源または高密度電子ビーム源１よりレーザ光
束又は電子ビーム３を蒸発原子供給用固体物質２に向け
て照射する。

この場合レーザ光束を用いる場合はレーザ用気密窓１′
を用いる。

蒸発原子供給用物質例へばモリブデン棒（４ｍｚφ×６
ｍｖｔ長さ）２へのレーザ光束又は電子ビームの照射に
より、該モリブデン棒に管状の通路が形成され、モリブ
デン原子が蒸発される。

この蒸発Ｍ。原子はレーザ光束又は電子ビームの照射を
続行することによシ、レーザ光束又は電子ビームの照射
方向の空間にクヌーセンの余弦の法則によって拡散され
ることなく高密度で前進しかつ押出作用をうけながら、
電子加速電極４内を通過時に蒸発原子イオン化装置、例
えば熱電子発生フィラメント（タングステン製）５から
の電子の作用によりイオン化テれ、シールド電極６．イ
オン引出電極７によって高密度の固体イオンビーム束８
が得られる。

なお、固体物質２は一体のものでなく更に融点の高い管
状物質の内壁全面に蒸発原子供給用固体物質を内装して
もよい。

第２図に示す具体例は前記例の蒸発原子イオン化装置と
して、ペニング放電計型の電極構造を用いた場合を示し
、軸方向磁場を形成するために永久磁石（または電磁コ
イル）９を用いた生成装置を示す。

第３図は、蒸発原子供給用固体物質を連続的に供給し得
る機構を備えた本発明装置の一例を示す。

図面において２′は前記固体物質の薄い円板であり軸１
０を中心として回転しかつ軸１０と共に上下動する。

この場合、２は前記薄い円板１と同一材料の中空体であ
り、その中空部をレーザ光束源又は電子ビーム３が通過
し、従って前記薄い円板２はレーザ・ビーム３をその外
周よシ順次中心に向って、即ち渦巻状に横切りながら回
転し、固体物質はレーザビーム３により順次蒸発される
。

中空体２はその長手方向において２分してあり、前記円
板２′がその間で回転する。

該中空体２の中空部はレーザ・ビームの通路を形成し、
この中空部内壁に付着した蒸着物は連続して照射堺れる
レーザビームによって再び蒸発される。

上記の各具体的装置の場合における主たる実施条件はほ
ぼ次の通りである： 真空度 ：＜２Ｘ１０ ）−ル ミ子加速電極に印加する電圧：１５０〜２５０Ｖ蒸発原
子イオン化装置の熱電：０．１−１−１Ｏ子流 磁束密度 ：２００〜３００００ｅ シールド電極に印加する電圧：の〜−５０Ｖイオン引出
電極に印加する電圧二 〇Ｖ 本発明の方法で生成される高密度かつ高エネルギー固体
イオンを従来法（クヌーセン法）に比較すれば次のよう
に説明することができる。

金属蒸発原子の温度は、その金属の融点に近い（実験に
よれば融点より２００℃程度高い）ものであるから、蒸
気圧従って蒸気密度は金属蒸気の発生源で測定してＰ（
Ｔｍ＋２００）以下である（但しＴｍＵその金属の融点
である）。

例えば蒸発源がモリブデンであると、その蒸気圧は最大
ｌトールである。

これらの蒸発金属原子はクヌーセンの余弦の法則に従っ
て放射されるので、イオン化領域では最大１０−２ ト
ール程度である。

本発明方法の場合、蒸気発生源の蒸気温度は計算上では
容易に２００００°Ｋを超えるが、重要なことは蒸気の
角度分布がＣｏ５ｎθ（＝（Ｃｏｓθ）〕（ｎ＞４）で
あることで、このために蒸気はイオン化領域でも細いビ
ーム状となり、動圧であられして１ト一ル以上のビーム
内蒸気密度が得られる。

更に本発明の方法は、得られるイオンビーム従って原子
ビームの密度が犬である。

この理由は前記具体例で示したように中央の管状通路（
事実上の蒸発原子供給源）の管壁温度を該通路を構成す
る金属の融点近くまで上昇させることによって達成され
る。

更にレーザ・ビーム又は電子ビームの照射（進行）方向
への押出作用によってあたかもジェット気流における動
圧と静圧の関係の如く、進行方向について特に密度が高
めら゛れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例を示す分解斜視図、第２図は
本発明装置の他の一例を示す分解斜視図、第３図は本発
明装置の別の一例を示す分解斜視図であり、図中１はレ
ーザ光束源または高密度電子ビーム源、１′はレーザ用
気密窓、２は蒸発原子供給用固体物質、２′は薄板状の
蒸発原子供給用固体物質、３はレーザ光束又は電子ビー
ム、４は格子状又は網状電子加速電極、５は蒸発原子イ
オン化装置、６はシールド電極、７はイオン引出電極、
８はイオンビーム束、９は永久磁石又は電磁コイル、１
０は薄板状固体物質１の回転軸を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸発原子供給用固体物質に対し一側にレーザ光束源
   または高密度電子ビーム源を配設し、他側に電子加速電
   極、シールド電極およびイオン引出電極を順次配置し、
   前記電子加速電極には蒸発原子イオン化装置を附設して
   なる高密度固体物質イオン生成装置。 ２ レーザ光束源を用いる場合、該光束源と蒸発原子供
   給用固体物質との間に、レーザ用気密窓を設ける特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ３ 蒸発原子用固体物質よシ融点の高い管状物質の内壁
   全面に、蒸発原子供給用固体物質を内装することからな
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ レーザ光束または高密度電子ビームの軸線上を、渦
   巻状に横切シかつ回転する板状蒸発原子供給用固体物質
   を用いる特許請求の範囲第１項記載の装置。