離子源的制作方法
【專利摘要】提供了一種離子源，所述離子源用于輸出具有高純度的多價正離子的離子束。所述離子源10包括：靶12，通過由激光照射形成的等離子體從所述靶12生成電子和正離子；第一電源(第一電壓E1)，其將所述靶12的電勢設(shè)置為高于正離子的目的地(對應(yīng)于圖1中的加速通道18)的電勢；以及第二電源(第二電壓E1)，其將從所述靶12到所述目的地18的路徑(對應(yīng)于圖1中的濾波器電極15)的電勢設(shè)置為高于靶12的電勢。
【專利說明】離子源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子源，所述離子源通過對靶進(jìn)行激光照射產(chǎn)生等離子體而輸出離子束。
【背景技術(shù)】
[0002]利用激光的離子源通過將會聚激光束照射到固態(tài)靶生成等離子體，并且然后通過激光能量使得所述靶的元素蒸發(fā)和電離。所生成的等離子體維持它們的狀態(tài)并且傳輸?shù)郊铀倨鞯娜肟?，以通過差電勢使得僅離子進(jìn)入加速器并且然后作為離子束輸出(參考專利文獻(xiàn)1，2)。然而眾所周知的是如果正離子的化合價較高的或其質(zhì)量較小，則加速器的離子加速度更高。同樣利用激光的離子源能有效地生成多價正離子。
[0003][引文列表]
[0004][專利文獻(xiàn)]
[0005][專利文獻(xiàn)I]日本專利號N0.3713524
[0006][專利文獻(xiàn)2] JP2009-37764A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]然而，除了多價正離子之外，從利用激光的離子源輸出的離子束包含高比率的雜質(zhì)，例如具有大質(zhì)量的簇離子和具有低化合價的正離子。因?yàn)檫@個原因，存在的問題是如果由低純度的多價離子形成的離子束進(jìn)入線性加速器，則雜質(zhì)污染所述線性加速器(FRQ)。
[0009]考慮這種情況作出本發(fā)明，并且本發(fā)明提供了能夠輸出具有高純度的多價正離子的離子束的離子源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的離子源的第一實(shí)施例的方框圖。
[0011]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的離子源的第二實(shí)施例的方框圖。
[0012]圖3A是示出了在第二電源被設(shè)定為O (E2 = 0V)的條件下，從離子源輸出的離子電流的分布相對于離子的每一化合價的示意圖。
[0013]圖3B是示出了在第二電源運(yùn)行的條件下，從離子源輸出的離子電流的分布相對于離子的每一化合價的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014][第一實(shí)施例]
[0015]在下文中，將參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0016]如圖1中所示，離子源10包括:祀12，通過由激光13照射形成的等離子體從靶12而生成電子和正離子；第一電源(第一電壓El)，其將靶12的電勢設(shè)置為高于正離子的目的地(對應(yīng)于圖1中的加速通道18)的電勢；以及第二電源(第二電壓El)，其將從靶12到目的地18的路徑(對應(yīng)于圖1中的濾波器電極15)的電勢設(shè)置為高于靶12的電勢。
[0017]電離室11將靶12容納在抽空的內(nèi)部空間中，電離室11具有被設(shè)置為與靶12的電勢相同的電勢。
[0018]激光照射構(gòu)件(未示出)被設(shè)置在電離室11的外部。激光13通過設(shè)置在電離室11的表面上的透明窗口，進(jìn)入所述內(nèi)部空間以照射靶12的表面。聚光器(未示出)安裝在電離室11的內(nèi)部或外部。激光13在通過透明窗口之前或之后由所述聚光器聚光。
[0019]通過照射的激光13的能量，靶12的元素蒸發(fā)、電離并且進(jìn)而產(chǎn)生等離子體14。等離子體14處于其中靶12的蒸發(fā)的元素被電離成正離子和電子的狀態(tài)，并且整體變?yōu)殡娭行浴?br> [0020]除了期望的多價正離子之外，等離子體14包含雜質(zhì)，例如具有大質(zhì)量的簇離子和具有低化合價的正離子。
[0021]如果正離子的化合價更高或其質(zhì)量更小，則等離子體14中的正離子以更大的初始速度從靶12的表面跳出。等離子體14從激光照射點(diǎn)射出并且朝著垂直于靶的束方向X擴(kuò)展開來。
[0022]濾波器電極15被設(shè)置在從靶12的下游側(cè)到線性加速器17的上游側(cè)的束方向X的路徑上。濾波器電極15的形式可以采用管形、平板形等，如果在中心處具有用于正離子的通過口，則濾波器電極15的形式無需特別限制。
[0023]在離子源10中生成的等離子體14通過連通路徑16，并且進(jìn)入線性加速器17。連通路徑16是電絕緣的，因?yàn)殡婋x室11和線性加速器17之間的電勢不同。等離子體14進(jìn)入線性加速器17，電子 被分離，并且正離子在加速通道18中被加速。
[0024]在圖1中所示的電源電路中，靶12被施加靶電壓(EfE1),其中第一電壓E1被添加至偏置電壓Etlt5濾波器電極15被施加濾波器電壓(Ec^EfE2)，其中第二電壓E2被添加至靶電壓(Etl+E1)。與此同時偏置電壓Etl可充分地等于0V。
[0025]包含在從靶12發(fā)出的等離子體中的具有大質(zhì)量的簇離子和正離子14中的低價離子不能越過在束方向X上的濾波器電極15，因?yàn)樗鼈兊牡统跏妓俣?。因此，將濾波器電極15設(shè)置在從靶12到加速通道18的路徑上，能夠改善從離子源10輸出的期望的多價正離子的純度。
[0026]通過調(diào)整第二電壓E2，能夠調(diào)整從離子源10輸出的期望的多價正離子的比率和數(shù)量。
[0027]加速通道18被施加加速電壓(EQ+E*)，其中在偏置電壓E0上疊加高頻電壓E'
[0028]由于加速通道18的入口的電勢被設(shè)置為低，而不是靶12和濾波器電極15的電勢。因此，從離子源10輸出的多價正離子速度增大，而不是保持初始速度，并且進(jìn)入加速通道18的入口。
[0029]因此，進(jìn)入加速通道18的多價正離子將被進(jìn)一步加速。
[0030][第二實(shí)施例]
[0031]如圖2中所示，根據(jù)第二實(shí)施例的離子源10進(jìn)一步包括具有分別對靶12和加速通道18開放的兩個末端部分的等離子體傳輸管道19，等離子體傳輸管道19具有被設(shè)定為與靶12的電勢相同的電勢。[0032]此外，相同部分的符號在圖1和圖2中是相同的，并且省略重疊部分的解釋。
[0033]作為設(shè)置了等離子體傳輸管道19的結(jié)果，從靶12生成的等離子體可以在不擴(kuò)展的情況下被引導(dǎo)到加速通道18的入口。
[0034]濾波器電極15被設(shè)置在等離子體傳輸通道19的路徑上。因此，具有大質(zhì)量的簇離子和低化合價離子不能通過等離子體傳輸管道19，離子源10能夠輸出高純度和高效的多價正離子。
[0035]參考圖3來描述本發(fā)明的效果。
[0036]圖3A是示出了在第二電源被設(shè)置為O (E2 = 0V)的條件下，從離子源10輸出的離子電流的分布相對于離子的每一化合價的示意圖。
[0037]圖3B是示出了在第二電源運(yùn)行(E2 Φ 0V)的條件下，從離子源輸出的離子電流的分布相對于離子的每一化合價的示意圖。
[0038]用于試驗(yàn)的離子源10具有第二實(shí)施例中示出的組成，并且靶12由石墨制成。碳離子的飛行時間(TOF)的特性根據(jù)化合價(+1到+6)而有所不同。基于這樣的特性，示意圖示出了針對離子的每一化合價的離子電流的測量值。應(yīng)注意離子的化合價變得越高，飛行時間(TOF)變得越短。
[0039]如圖3A中所示，通過設(shè)置第二電壓E2 = 0，觀察到低價碳離子的離子電流值具有高強(qiáng)度，如區(qū)域(a)中所示。
[0040]另一方面，如圖3B中所示，通過設(shè)置第二電壓E2古O，觀察到多價碳離子的離子電流值具有高強(qiáng)度，如區(qū)域(b)中所示。
[0041]如上所述的，離子源10的至少一個實(shí)施例，通過將設(shè)置在從靶12到加速通道18的路徑上的濾波器電極15的電勢設(shè)置為高于靶12的電勢，能夠通過將具有大質(zhì)量的簇離子和正離子14中的低價離子限制在電離室11中來改善從離子源10輸出的期望的多價正離子的純度。
[0042]盡管已經(jīng)描述了某些實(shí)施例，但是這些實(shí)施例僅作為示例給出，并且其不旨在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，能夠以其他各種方式來體現(xiàn)這里描述的新穎的設(shè)備和方法；此夕卜，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，能夠?qū)@里描述的設(shè)備和方法進(jìn)行各種省略、替換和改變。所附權(quán)利要求和它們的等同物旨在覆蓋落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的這些形式或變型。
【權(quán)利要求】
1.一種離子源，包括: 靶，通過由激光照射形成的等離子體從所述靶生成電子和正離子； 第一電源，所述第一電源將所述靶的電勢設(shè)置為高于所述正離子的目的地的電勢；以及 第二電源，所述電源將從所述靶到所述目的地的路徑上的電勢設(shè)置為高于所述靶的電勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子源，還包括:等離子體傳輸管道，所述等離子體傳輸管道具有對所述靶和所述正離子的所述目的地開放的兩個末端部分，所述等離子體傳輸管道具有被設(shè)置為與所述靶的電勢相同的電勢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子源，其中 所述第二電源被配置成供應(yīng)可調(diào)電壓。
【文檔編號】H05H7/08GK103858202SQ201280042691
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】角谷晶子, 橋本清, 佐藤潔和, 長內(nèi)昭宏, 吉行健, 來?xiàng)? 林和夫 申請人:株式會社東芝