永久磁石を用いた高出力マイクロ波 放電型イオン源の開発 環境計測学研究室 黒 裕二 当研究室の研究概要 分子イオンを振動基底状態にそろえるための 静電型イオントラップの開発 Nier型イオン源のビーム電流量：50 nA Nier型イオン源の特徴 ・電子衝撃型 Nier型イオン源では限界 研究目的 •高出力 Nier型イオン源の100倍以上 •小型化 マイクロ波放電型イオン源の設計、開発 マイクロ波放電型イオン源の概要 イオンの生成 マイクロ波により電子を加速 加速された電子と原子が衝突 特徴 フィラメント不要 ・長時間の連続運転可能 ・酸素のような活性ガスの使用可能 イオン生成 開発したイオン源によるビーム生成 プラズマ生成室 2.45 GHz イオンビーム マイクロ波 強磁性体 非磁性体 絶縁体 ガス 磁場による大電流化 高出力には磁場が必要 磁力線 電子、イオン共に磁力線に沿って サイクロトロン運動 荷電粒子 電子の壁面への衝突回避による電子の高密度化 高密度のイオン生成 高密度イオンの効率よい引き出し 1 磁石の選択 2 磁場のシミュレーション 磁石の選択 ・ソレノイドコイルより 小型化可能 ・電力が不要 50 mm 40 mm 15 mm N S 永久磁石の採用 アルニコ磁石：高温耐性 ・ドーナツ型 ・表面磁場 0.1 T 磁場のシミュレーション1 プラズマ 生成室 電極間 ・プラズマ生成室：最大0.008 T ・電極間：0.001 T程度 ビーム軸方向 ③ ① ② パターン1 ① ガス導入部 ② ベースフランジ ③ 引き出し板 ④ 引き出し電極 ④ 強磁性体 非磁性体 磁場のシミュレーション2 プラズマ 生成室 電極間 ・プラズマ生成室内では ほぼパターン1と同じ ・電極間：最大0.01 T ビーム軸方向 ③ ① ② パターン2 ① ガス導入部 ② ベースフランジ ③ 引き出し板 ④ 引き出し電極 ④ 強磁性体 非磁性体 結果まとめ イオン放出面 パターン2に決定 ・④引き出し電極まで ビーム軸方向の磁場延長 ビーム軸方向 イオンが効率よく放出面まで輸送 されるため大電流が期待できる パターン2 装置図 ガス導入口 マイクロ波コンポーネント 30 cm コネクタ 同軸導波管変換器 同 軸 ケ ー ブ ル パワーユニット 永久磁石 5 cm イオン源 ビーム測定実験 実験条件 ガス：Ar 入射マイクロ波電力：150 W 引き出し電圧：1200 V レンズ電圧：1130 V バックグラウンド真空度：4.6×10－6 Torr 動作時真空度：3.0×10－5 Torr 最大ビーム電流：7.0 mA ビーム電流の引き出し電圧依存 ・引き出し電圧に比例して電流量は上がっている ・高電圧用の電源を用意できれば大電流が望める まとめ 最大ビーム電流量：7.0 mA Nier型イオン源の約140倍 小型化 永久磁石を用いることで 内径55 mmの2 inchダクトに取り付け可能 目的を十分に満たしたイオン源を製作できた 目次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ガス導入口 プラズマ生成室 電極間 永久磁石 ・生成されるイオンのエネルギー幅が小さい マイクロ波放電型イオン源の概要 イオンの生成 マイクロ波により電子を加速 加速された電子と原子が衝突 • 特徴 フィラメント不要 ・長時間の連続運転可能 ・酸素のような活性ガスの使用可能 イオン生成
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