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DE7228091U - ION SOURCE WITH HIGH FREQUENCY CAVITY RESONATOR - Google Patents

ION SOURCE WITH HIGH FREQUENCY CAVITY RESONATOR

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Publication number
DE7228091U
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DE
Germany
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cavity
ion source
magnetic field
expansion shell
plasma
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Application number
DE19727228091U
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German (de)
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

Patentan-.vSVca
Dpi-in--. F. a.rr-z aerj
Patent-.vSVca
Dpi-in--. F. a.rr-z aerj

Dr.-lng. R. B £ £ Γ Z Jr.
eMBn.hen22, Steinedorfetr. 1·
Dr.-lng. R. B £ Γ Z Jr.
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410-19.1*»J5P(19.1'»4H) 28. 7. 1972410-19.1 * »J5P (19.1 '» 4H) July 28, 1972

Commissariat A !'Energie Atomique. Paris (Frankreich) Commissariat A! 'Energie Atomique. Paris (France)

Ionenquelle mit Hochfrequenz-KohlraumrssonatorIon source with high frequency carbon chamber sonator

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenquelle mit einem hochfrequenten Hohlraumresonator, insbesondere für Teilchenbeschleuniger.The invention relates to an ion source with a high-frequency cavity resonator, in particular for Particle accelerator.

Die in Beschleunigern verwendeten Ionenquellen müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen, insbesondere;The ion sources used in accelerators must have certain properties, in particular;

Anpassungsfähigkeit der Energie- und Intensitätsregelung, Adaptability of energy and intensity regulation,

Reproduzierbarkeit der Ergebnisse,Reproducibility of the results,

lange Lebensdauer, undlong life, and

Möglichkeit, eine große Ionendichte zu erhalten.Possibility of obtaining a large ion density.

o-r (9)o-r (9)

Die bekannten Ionenquellen haben eine gewisse Anzahl dieser Eigenschaften, aber keine besitzt alle diese Eigenschaften· 5o haben die lonenqueiien des Typs "Duoplasmatron11 wegen der in das Plasma eingetauchten Elektroden keine sehr große Lebensdauer, wobei diese Elektroden, insbesondere die Kathode, wegen des starken Beschüsses, der sie ausgesetzt sind, eine begrenzte Lebensdauer haben.The known ion sources have a certain number of these properties, but none have all of these properties. The ion sources of the "Duoplasmatron 11 " type do not have a very long service life because of the electrodes immersed in the plasma, these electrodes, in particular the cathode, due to the strong bombardment to which they are exposed have a finite lifespan.

Die Hochfrequenzentladungequellen im unteren hochfrequenten Bereich, die zwischen 20 und 100 MHz arbeiten, vermeiden diesen Nachteil, aber die Elektronendichte des erzeugten Plasmas bleibt gering.Avoid high-frequency discharge sources in the lower high-frequency range, which operate between 20 and 100 MHz this disadvantage, but the electron density of the generated plasma remains low.

Es sind auch Plasmaquellen bekannt, die einen hochfrequenten Hohlraumresonator verwenden. In einigen dieser Vorrichtungen ist die Wechselwirkung zwischen der hochfrequenten Welle und dem Plasma beträchtlich durch ein statisches magnetisches Feld erhöht, wie auch immer die Bedingungen für die Elektronenzyklο tronre s onanz erfüllt sind.There are also known plasma sources that have a high frequency Use cavity resonator. In some of these devices is the interaction between the high frequency Wave and the plasma are considerably increased by a static magnetic field, whatever the conditions for the electron cyclotron resonance are fulfilled.

Diese Plasmaquellen mit einem hochfrequenten Hohlraumresonator und einer Zyklotronresonanz führen zu dichten Plasmen, sind aber nicht mit Einrichtungen ausgestattet, um entsprechende Ionen zu gewinnen.These plasma sources with a high-frequency cavity resonator and a cyclotron resonance lead to densities Plasmas, however, are not equipped with facilities to obtain the corresponding ions.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ionenquelle anzugeben, die einerseits eine Plasmaquelle mit einer hochfrequenten Erregung bei der Zyklotronresonanz und andererseits Abzieh- oder Extraktionseinrichtungen umfaßt, die von der Art sind, wie sie in einem Duoplasmatron verwendet werden, die aber besonders der verwendeten Plasmaquelle angepaßt sind.It is the object of the present invention to provide an ion source that, on the one hand, has a plasma source with a high-frequency excitation in cyclotron resonance and on the other hand includes withdrawal or extraction devices, which are of the kind used in a duoplasmatron, but which are particularly those of the plasma source used are adapted.

Die erfindungsgemäße Ionenquelle ist gekennzeichnet durch eine Plaamaquelle mit einem Hohlraum, der entsprechend einer seiner RestmanzweiIen uitrehochfroqueiit enegi, ist, und mit einem statischen Magnetfeld, das auf die Eiek» tronenzyklotronresonanz eingestellt ist, und eine Extraktions einrichtung für die Ionen des Plasmas mit einer Ausdehnungsschale, die mit einer Öffnung versehen ist, die mit dem Hohlraum in Verbindung steht, und mit Elektroden für den Abzug von Ionen, die auf geeigneten Potentialen liegen, wobei die Plasmadichte in der Nähe der Öffnung am größten und das statische Magnetfeld in der Nähe der Abziehelektroden im wesentlichen Null ist.The ion source according to the invention is marked through a source of plaama with a cavity, which corresponds to one of its remaining two uitrehochfroqueiit enegi, is, and with a static magnetic field that acts on the Eiek » troncyclotron resonance is set, and an extraction device for the ions of the plasma with an expansion shell which is provided with an opening which communicates with the cavity, and with electrodes for the extraction of ions, which are at suitable potentials where the plasma density is greatest near the opening and the static magnetic field is substantially zero near the peel electrodes.

Die erfindungsgemäße Ionenquelle besitzt demgemäß alle die oben genannten Eigenschaften und stellt somit einen beträchtlichen "technischen Fortschritt gegenüber- bekannten Quellen dar.The ion source according to the invention accordingly has all of the properties mentioned above and thus represents a considerable "technical advance" compared to known ones Sources.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das statische Magnetfeld den der Zyklotronresonanz entsprechenden Wert nur in der Nähe der Öffnung der Ausdehnungsschale annimmt.A further development of the invention consists in that the static magnetic field assumes the value corresponding to the cyclotron resonance only in the vicinity of the opening of the expansion shell.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Nähe der Öffnung ein starker Gradient des statischen Magnetfeldes besteht.In one embodiment of the invention it is provided that there is a strong gradient of the static magnetic field in the vicinity of the opening.

Schließlich äußert sich eine andere Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Ausdehnungsschale aus einem Metall mit einer schwachen Reluktanz besteht und eine magnetische Abschirmung für das statische Magnetfeld bildet.Finally, another development of the invention is expressed in that the expansion shell consists of a metal with a weak reluctance and forms a magnetic shield for the static magnetic field.

7228#912&9.737228 # 912 & 9.73

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine ultrahochfrequente Bank zur Erregung der Ionenquelle; 1 shows an ultra-high frequency bank for exciting the ion source ;

Pig. 2 eine Ionenquelle mit einem drehzylindrischen Hohlraumresonator, in dem das Plasma in einem dielektrischen Zylinder begrenzt ist; Pig. 2 shows an ion source with a rotating cylindrical cavity resonator in which the plasma is confined in a dielectric cylinder;

Fig. 3 ein Kurvendiagramm, das die Beziehungen zwischen der Höhe und dem Radius des zylinderförmigen Hohlraumresonators für verschiedene Erregungswellentypen angibt;3 is a graph indicating the relationships between the height and the radius of the cylindrical cavity resonator for various types of excitation waves;

Fig. k die elektrischen Feldlinien und die Verteilung der Amplituden dieses Feldes für die Wellentypen TE1n und TE122;FIG. K shows the electric field lines and the distribution of the amplitudes of this field for the mode types TE 1n and TE 122 ; FIG.

Fig. 5 die T.7ellentypen TEQ11 und TEQ22;5 shows the T .7ellen types TE Q11 and TE Q22 ;

Fig. 6 eine andere Ausführungsform der Erfindung mitFig. 6 shows another embodiment of the invention

einem stumpfen koaxialen Hohlraumresonator, der durch einen TEM-Wellentyp erregt wird.a truncated coaxial cavity resonator excited by a TEM mode.

Unter "hochfrequent" wird im folgenden insbesondere der höchstfrequente Bereich der Hochfrequenzen verstanden.In the following, “high-frequency” is understood to mean, in particular, the highest-frequency range of high frequencies.

In der Fig. 1 erregt ein Hochfrequenzgenerator 1 eine erfinduagsgemäße Ionenquelle 2 über eine dazwischengeschaltete hochfrequente Bank aus einem einstellbaren Dämpfungsglied 3» einem Richtungskoppler 4, einem Anpassungsglied 5»In FIG. 1, a high-frequency generator 1 excites an ion source 2 according to the invention via an interposed one high-frequency bank consisting of an adjustable attenuator 3 »a directional coupler 4, an adapter 5»

einem Stempel 6, einer Koaxialleitung 7 und einer Erregerantenne 9.a stamp 6, a coaxial line 7 and an excitation antenna 9.

Durch eine nicht dargestellte Pumpeinrichtung ist es möglich, im Hohlraum über eine Leitung 21 ein Vakuum herzustellen. A pump device (not shown) makes it possible to create a vacuum in the cavity via a line 21.

Diese Vorrichtung für eine hochfrequente Erregung arbeitet wie folgt:This high frequency excitation device works as follows:

Der Generator 1 enthält eine Hochfrequenzquelle, beispielsweise eine Magnetfeldröhre, die das elektromagnetische Feld für die Erregung liefert. Über das Dämpfungsglied 3 ist es möglich, die Leistung der in die Vorrichtung eingespeisten Welle zu verändern. Man verändert die Stellung des Stempels 6 und des Anpassungsgliedes 5» um die beste Anpassung für den Hohlraum der Quelle 2 zu haben. Eine Fehlanpassung wird über den Richtungskoppler h gemessen, der einen Teil der durch den Hohlraum reflektierten Welle zum Generator abgreift.The generator 1 contains a high frequency source, for example a magnetron tube, which supplies the electromagnetic field for the excitation. Via the attenuator 3, it is possible to change the power of the wave fed into the device. The position of the plunger 6 and of the adapter member 5 'is changed in order to have the best adaptation for the cavity of the source 2. A mismatch is measured via the directional coupler h , which taps off part of the wave reflected through the cavity to the generator.

Die Ionenquelle 2 wird näher anhand der Fig. 2 in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. In der Fig. 2 bildet ein Zylinder 11 die Seitenwand des Hochfrequenz-Hohlraumresonators, der durch eine Koaxialleitung 7 erregt wird, die mit einer Antenne 9 endet. Über eine Abstimmschraube 12 ist es möglich, leicht die Resonanzfrequenz des Hohlraumes zu verändern. Über ein Anschlußstück 13 ist es möglich, das zu ionisierende Gas in einen dielektrischen und dichten Zylinder 14 einzuführen, der mit dem Zylinder 11 koaxial ist. Ringförmige Dichtungen 15 und 16 gewährleisten die Dichtheit des abgeschlossenen Innenraumes des Zylinders inThe ion source 2 is described in more detail with reference to FIG. 2 in an exemplary embodiment. In Fig. 2 forms a cylinder 11 the side wall of the high frequency cavity resonator, which is excited by a coaxial line 7 which ends with an antenna 9. About a tuning screw 12 is it is possible to easily change the resonance frequency of the cavity. Via a connector 13 it is possible that To introduce gas to be ionized in a dielectric and tight cylinder 14 which is coaxial with the cylinder 11 is. Annular seals 15 and 16 ensure the Leak tightness of the closed interior of the cylinder in

bezug auf den Rest des Zylinders 11· Ein Deckel 42 schließt den Hohlraum nach oben ab. Eine Ausdehnungsschale 17, die auf den Mantel des Zylinders 11 geschraubt ist, vervollständigt den Resonanzhohlraum 50. Sie begrenzt eine Ausdehnungskammer 40, die mit dem Zylinder 14 über eine Öffnung 41 in Verbindung steht. Es ist nur eine der Abziehoder Extraktioneelektroden dargestellt. Diese Elektrode ist in bezug auf die Ausdehnungsechale 17 über eine Spannungsquelle S negativ gepolt, wobei die AusdehnungsschaleWith respect to the remainder of the cylinder 11, a lid 42 closes the cavity upwards. An expansion shell 17, which is screwed onto the jacket of the cylinder 11, completes the resonance cavity 50. It delimits an expansion chamber 40 which communicates with the cylinder 14 via an opening 41 is in communication. Only one of the peel or extraction electrodes is shown. This electrode is with respect to the expansion shell 17 via a voltage source S polarized negatively, being the expansion shell

■ / ClVl1L UAUyVVQUVARJ. .1..1.VQV** AtM***. W£?W^W** I^ \ΛΛ*\Λ *» V , UXQ V WAA■ / ClVl 1 L UAUyVVQUVARJ. .1..1.VQV ** AtM ***. W £? W ^ W ** I ^ \ ΛΛ * \ Λ * »V, UXQ V WAA

einem elektrischen Gleichstrom durchflossen werden, erzeugen ein statisches Magnetfeld, das parallel ist zur Drehachse des Hohlraumzylinders 11. Die gesamte Vorrichtung ist auf einem Zylinder 21 befestigt. Die Dichtheit gegenüber dem Außenraum wird durch eine ringförmige Dichtung gewährleistet.an electrical direct current flowing through it, generate a static magnetic field parallel to the axis of rotation of the cavity cylinder 11. The entire device is mounted on a cylinder 21. The tightness with respect to the outside space is achieved by an annular seal guaranteed.

Diese Vorrichtung arbeitet wie folgtsThis device works as follows

Das hochfrequente Erregungsfeld pflanzt sich in der Koaxialleitung 7 fort und erregt den Resonanzhohlraum 50 über die Antenne 9· Die Form und der Ort dieser Antenne begünstigen die Erregung des Hohlraumes mit einem transversalen elektrischen Wellentyp, der allgemein mit TE bezeichnet wird und der dadurch charakterisiert ist, daß das elektrische Feld in einer Querschnittsebene des Hohlraumes liegt, Die Auswahl und die Art der Resonanzwellen werden weiter unten näher erläutert.The high-frequency excitation field propagates in the coaxial line 7 and excites the resonance cavity 50 via antenna 9 · Favor the shape and location of this antenna excitation of the cavity with a transverse electrical wave type, commonly referred to as TE and which is characterized in that the electric field lies in a cross-sectional plane of the cavity, The selection and type of resonance waves are explained in more detail below.

Das zu ionisierende Gas wird über die Öffnung 13 eingeführt. Es dringt bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung in das Innere des dielektrischen Zylinder? 14 einThe gas to be ionized is introduced through the opening 13. In this embodiment of the invention it penetrates into the interior of the dielectric cylinder? 14 a

und wird teilweise unter der Wirkung des elektrischen Feldes der hochfrequenten Welle und unter der Wirkung des statischen Magnetfeldes ionisiert„ dessen Amplitude so eingestellt wird, daß die Zyklotronfrequenz in der Nähe der Frequenz des hochfrequenten Feldes liegt. Die Spulen 19 und 20 werden nicht notwendigerweise durch gleiche Ströme durchflossen. In einer vorteilhaften Ausführungsfurm werden sie durch sehr unterschiedliche Ströme durchflossen, so daß das statische Magnetfeld nur in der unteren Zone des Zylinders 14 in der Nähe der Öffnung 4i der Ausdehnungsschale 17 der Zyklotronresonanz entspricht. Damit liegt diese Öffnung in unmittelbarer Nähe des Bereiches, in dem die Dichte des Plasmas am- größten ist, wodurch die Diffusion in die Ausdehnungskammer begünstigt wird.and is partly under the action of the electric field of the high frequency wave and under the action of the static magnetic field ionizes "its amplitude so it is set that the cyclotron frequency is close to the frequency of the high-frequency field. The spools 19 and 20 are not necessarily traversed by the same currents. In an advantageous embodiment they are traversed by very different currents, so that the static magnetic field only in the lower Zone of the cylinder 14 in the vicinity of the opening 4i of the Expansion shell 17 corresponds to the cyclotron resonance. In order to If this opening is in the immediate vicinity of the area in which the density of the plasma is greatest, as a result of which the Diffusion into the expansion chamber is favored.

In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenquelle ist das durch die Spulen 19 und 20 erzeugte statische Magnetfeld sehr schwach, insbesondere null, in dem Bereich, der in der Nähe der Abziehelektrode 18 liegt, um zu vermeiden, daß dieses Feld den Abzug oder die Extraktion der Ionen stört. Dies ist möglich, wenn die Schale 17 aus einem Metall mit einer schwachen Reluktanz besteht, beispielsweise aus Weicheisen, um eine magnetische Blende zu bilden. Der schnelle Abfall der Amplitude des statischen Magnetfeldes beim Durchgang durch die Öffnung 41 ruft demgemäß an dieser Stelle einen starken Gradienten des Magnetfeldes hervor, der des Plasma beschleunigt und seine Expansion in die Kammer kO erleichtert.In another embodiment of the ion source according to the invention, the static magnetic field generated by the coils 19 and 20 is very weak, in particular zero, in the area which is in the vicinity of the extraction electrode 18, in order to avoid that this field does the extraction or extraction of the Ions interfere. This is possible if the shell 17 is made of a metal with a weak reluctance, for example soft iron, in order to form a magnetic screen. The rapid decrease in the amplitude of the static magnetic field when passing through the opening 41 accordingly causes a strong gradient in the magnetic field at this point, which accelerates the plasma and facilitates its expansion into the chamber kO.

Diese Expansion wird von einer Verringerung der Plasmadichte, also einer Verringerung der Raumladung begleitet, die gewöhnlich die Ionenströme begrenzt, die herausgezogenThis expansion is accompanied by a decrease in the plasma density, i.e. a decrease in the space charge, which usually limits the ion currents that are pulled out

werden können. Die Elektrode 18, die an einem starken negativen Potential liegt, erlaubt mit einem klassischen Verfahren die Trennung zwischen den Elektroden und den Ionen. Die Form und das Potential dieser Elektrode sind so, daß die Ionen gegen einen Raum geführt werden, der durch das Rohr 21 begrenzt list, in dessen Innerem nicht dargestellte Pumpen ein Vakuum aufrechterhalten.can be. The electrode 18, which is at a strong negative Potential, allows the separation between the electrodes and the ions using a classic method. The shape and the potential of this electrode are such that the ions are guided towards a space which passes through the Tube 21 is limited in its interior, pumps, not shown, maintain a vacuum.

Die Abmessungen des drehzylindrischen Hohlraumes können wie folgt beschrieben bestimmt verd»/?.!The dimensions of the rotary cylindrical cavity can be determined as described below.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Magnetfeld parallel zur Achse des Hohlraumes. Um die auf diesem Feld beruhende Zyklotronresonanz auszunutzen, ist es erforderlich, daß das elektrische Feld der in dem Hohlraum enthaltenen hochfrequenten Welle eine zum Magnetfeld senkrechte Komponente aufweist. Man bevorzugt daher transversale elektrische Resonanzwellen, die so ausgebildet sind, daß das elektrische Feld in der Ebene eines Querschnittes ließt. Genauer ausgedrückt macht eine Komponente des elektrischen Feldes, die parallel zur Achse des Hohlraumes ist, wie sie für eine transversale magnetische Welle gefunden wird, die Vorrichtung nicht unwirksam, sondern begrenzt nur deren Wirkungsgrad. Man ist daher bestrebt, den Hohlraum mit einem TE-Wellentyp zu erregen, der allgemein mit TE be-In the embodiment of FIG. 2, the magnetic field is parallel to the axis of the cavity. To those on this field To use based cyclotron resonance, it is necessary that the electric field contained in the cavity high-frequency wave has a component perpendicular to the magnetic field. Transverse electrical ones are therefore preferred Resonance waves which are designed so that the electric field reads in the plane of a cross section. More specifically, a component of the electric field that is parallel to the axis of the cavity makes like them for a transverse magnetic wave is found, the device is not ineffective, but only limits its Efficiency. The aim is therefore to excite the cavity with a TE wave type, which is generally called TE

mnpmnp

zeichnet wird, wobei die Indizes m, η, ρ die Feldverteilung nach den üblichen Zylinderkoordinaten Θ, r, ζ beschreiben und ζ die Achse des Hohlraumes ist.is drawn, where the indices m, η, ρ are the field distribution describe according to the usual cylinder coordinates Θ, r, ζ and ζ is the axis of the cavity.

Um keine zu großen Dimensionen zu haben, begrenzt man die Wahl der Indizes m, η und j auf die kleinen Werte 0,1 oder 2. Für eine gegebene Generatorfrequenz ist die Höhe hIn order not to have too large dimensions, the choice of the indices m, η and j is limited to the small values 0.1 or 2. For a given generator frequency, the height is h

7228O912O.».737228O912O. ». 73

des Hohlraumes mit seinem Radius a über klassische Beziehungen der Hochfrequenz-Hohlraumresonatortheorie verknüpft. In der Fig. 3 sind Aus f'ührungs formen für vier Wellen undof the cavity with its radius a via classical relationships linked to the high-frequency cavity resonator theory. In FIG. 3 there are embodiments for four shafts and

IUr öinö i: jf oCj/iiöiü ν Oil lü vi-riZ udrgeätexxto ο öüö üiöaox' äui-IUr öinö i : jf oCj / iiöiü ν Oil lü vi-riZ udrgeätexxto ο öüö üiöaox 'äui-

ven besitzt eine senkrechte Asymptote,die einen minimalenven has a vertical asymptote, which is a minimal one

Radius a bestimmt. Wenn für den Radius des Hohlraumes minRadius a is determined. If for the radius of the cavity min

ein Wert in der Nähe von a . gewählt wird, dann werden keimin a value close to a. is chosen, then will germinate

ne darüberliegenden Wellen erregt. Wenn insbesondere für a ein Wert etwas unter a (für einen TE...-Wellentyp, der bei 10 GHz 8,8 beträgt) gewählt wird, dann kann nur ein TE -Wellentyp unter Ausschluß von übrigen Wellentypen erregt werden.ne overlying waves excited. If for a particular a value something is chosen from a (for a TE ... Wave type, which is at 10 GHz 8.8), then only a TE wave type can in the absence of other modes excited are.

Die Wahl der Erregungsvorrichtung des Hohlraumes ist mit dem gesuchten Wellentyp verknüpft. Eine Antenne (Fig. 2), die durch die Verlängerung des mittleren Leiters 9 derThe choice of excitation device of the cavity is linked to the type of wave sought. An antenna (Fig. 2) created by the extension of the middle conductor 9 of the

Tf na Yi öl T *a -ί +ηησ 7 cpäT\4 1 /1 a +· t.t-4 y^ri ja ^-tv* α rr4- /Ί-ϊα VaI 1 av^ 4-·« *·»■***-^Tf na Yi oil T * a -ί + ηησ 7 cpäT \ 4 1/1 a + · tt-4 y ^ ri ja ^ -tv * α rr4- / Ί-ϊα VaI 1 av ^ 4- · «* ·» ■ *** - ^

deren elektrisches Feld eine Komponente senkrecht zur Antenne besitzt (beispielsweise einen TE -Typ). Wenn der mittlere Leiter mit einer Schleift in der Ebene des Querschnittes endet, dann haben die erregten Wellentypen ein magnetisches Feld, das eine Komponente besitzt, das senkrecht zur Ebene der Schleife ist (beispielsweise TEn- und TE -Typen) . Bei dem anhand der Fig·. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine Antenne vorgesehen, aber es ist offensichtlich, daß eine Vorrichtung mit einer Schleife für die Kopplung nur eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Es kann auch eine Kopplung über ein Loch vorgenommen werden, wobei der Hohlraum dann direkt am Leiter befestigt ist.whose electric field has a component perpendicular to the antenna (for example a TE type). If the middle conductor ends with a loop in the plane of the cross-section, then the excited wave types have a magnetic field that has a component that is perpendicular to the plane of the loop (for example, TE n and TE types). In the case of the FIG. In the embodiment described in Fig. 2, an antenna is provided, but it will be apparent that a device with a loop for coupling is only another embodiment of the present invention. A coupling can also be made via a hole, the cavity then being attached directly to the conductor.

Obwohl die Abmessungen oder Dimensionen des HohlraumesAlthough the dimensions or dimensions of the cavity

mit Hilfe der Kurven der Fig. 3 bestimmt sind, kann es zweckmäßig sein, eine Einrichtung zu besitzen, um eine feine Übereinstimmung der Resonanzfrequenz dieses Hohlraumes ϊλλ erzielen. In asr Fig. 2 wird diese Sln-iciitung durch die Abstimmschraube 12 aus Metall gebildet. Ihr Eindringen in den Hohlraum erhöht dessen Resonanzfrequenz und stört die Feldlinien einer Resonanzwelle. Andere Abstimmeinrichtungen können benutzt werden, wie beispielsweise ein beweglicher Deckel. Es ist offensichtlich, daß Vorrichtungen, die andere Abstimmeinrichtungen als eine Schraube benutzen, nicht über den Rahmen der vorliegenden Erfindung hinausgehen.are determined with the aid of the curves of Fig. 3, it may be useful to have a device to achieve a fine match of the resonance frequency of this cavity ϊλλ . In asr Fig. 2, this sln iciitung is formed from metal by the tuning 12th Their penetration into the cavity increases its resonance frequency and disrupts the field lines of a resonance wave. Other tuning devices can be used, such as a moveable lid. It will be apparent that devices using tuning means other than a screw do not go beyond the scope of the present invention.

In den Fig. k und 5 sind einige Beispiele für die elektrische Feldverteilung von den am häufigsten benutzten Resonanzwellen dargestellt. Es ist bekannt, daß die Amplituden der radialen und tangentialsn Komponenten de« elektrischen Feldes des Wellentyps TE Produkte sind vonIn Figs. K and 5 some examples of the electric field distribution of the most frequently used resonance waves are shown. It is known that the amplitudes of the radial and tangential components of the electric field of the TE mode are products of

m,n,pm, n, p

sinusförmigen Funktionen des Polarwinkels, von sinusförmigen Funktionen der Koordinate ζ und von Besselfunktionen Radiusvektors.sinusoidal functions of the polar angle, sinusoidal functions of the coordinate ζ and Bessel functions Radius vector.

In der Fig. k sind zwei Wellen mit dem Index m = 1 dargestellt. Die Fig. ka. zeigt die Richtungen der elektrischen Feldlinien des TE -Wellentyps und die Fig. ^b die Richtungen der elektrischen Feldlinien des Wellentyps an. In der Fig. ^c sind die Veränderungen der Amplitude in beztig auf elektrische Felder dieser Wellentypen für einen Polarwinkel ψ = 0 und in der Fig. 4d für einen Polarwinkel ψ= Ι dargestellt.In FIG. K two shafts with the index m = 1 are shown. The Fig. Ka. shows the directions of the electric field lines of the TE wave type and Fig. ^ b the directions of the electric field lines of the wave type. In Fig. ^ C the changes in amplitude in relation to electric fields of these wave types are shown for a polar angle ψ = 0 and in Fig. 4d for a polar angle ψ = Ι.

THTH

- 11 -- 11 -

In der lig. 5 sind zwei Wellentypen mit dem Index m = dargestellt. Da der erste Index zu Null gesetzt ist, verschwinden die Veränderungen entsprechend dem Polarwinkel, so daß die elektrischem Feldlinien konzentrische Kreise bilden· Die Veränderungen der tangentialen Komponente dieser Felder sind in der Fig. 5c dargestellt.In the lig. 5 are two wave types with the index m = shown. Since the first index is set to zero, the changes disappear according to the polar angle, so that the electric field lines are concentric circles form · The changes in the tangential component of this Fields are shown in Figure 5c.

Die sinusförmigen Veränderungen der elektrischen Felder dieser vier Wellentypen entlang der Koordinate z, parallel zur Achse, sind in dor Fig. 5d dargestellt.The sinusoidal changes in the electric fields of these four wave types along the coordinate z, parallel to the axis, are shown in dor Fig. 5d.

Diese möglichen unterschiedlichen Verteilungen führen zu verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung:These possible different distributions lead to different embodiments of the invention:

Wenn ein TE,, Λ -Wellentyp gewählt wird, dann schneidetIf a TE ,, Λ wave type is chosen, then intersects

111111

der dielektrische Zylinder 14 der Fig. 2 notwendigerweise die elektrischen Feldlinien, Dieser Zylinder führt also zu mehr oder weniger großen Verlusten, die eine Erwärmung des Materials bewirken. Dennoch ist es vorteilhaft, diesen Weltentyp auszuwählen, denn aus den Kurven der Pig. 3 ist ersichtlich, daß für diesen Wellentyp die Abmessungen des Hohlraumes und damit die Abmessungen der Vorrichtung sehr klein sind.the dielectric cylinder 14 of FIG. 2 is necessary the electric field lines, so this cylinder leads to more or less large losses, which cause a heating of the Material. Nevertheless, it is advantageous to choose this world type, because from the curves of the Pig. 3 it can be seen that for this type of wave the dimensions of the cavity and thus the dimensions of the device very much are small.

Die im Dielektrikum des Zylinders, der das Plasma begrenzt, abgeführte Energie kann beträchtlich verringert werden, wenn der Radius dieses Zylinders so gewählt wird, daß seine Wände einen Bereich des Hohlraumes belegen, in dem die Amplitude des elektrischen Feldes sehr gering, insbesondere Null, ist. Damit die Amplitude einer Komponente des elektrischen Feldes an einem anderen Punkt als einem Punkt auf den Wänden Null ist, ist es erforderlich, daß dieThe energy dissipated in the dielectric of the cylinder, which limits the plasma, can be reduced considerably, if the radius of this cylinder is chosen so that its walls occupy an area of the cavity in which the amplitude of the electric field is very small, in particular zero. So the amplitude of a component of the electric field is zero at any point other than a point on the walls, it is necessary that the

Besselfunktion, die dio Veränderungen dieser Amplitude in Abhängigkeit vom Radiusvektor r beschreibt, für andere Werte als die trivialen Werte r = 0 oder r = a Null wird, wenn a den Radius des Hohlraumes bezeichnet·. Gemäß einer bekannten Eigenschaft der Besselfunktionen ist es also erforderlich, daß der Index η mindestens gleich zwei beträgt.Bessel function, the dio changes in this amplitude Describes the dependence on the radius vector r, for values other than the trivial values r = 0 or r = a becomes zero, if a denotes the radius of the cavity ·. According to a known property of the Bessel functions, it is necessary that the index η is at least equal to two.

Die TE122- und TE_22-Wellentypen, deren Verteilungen in den Pig. 4c, kd und 5c dargestellt sind, besitzen diese Eigenschaft. Für den TE122-Wellentyp ist das Feld Null für Y= 0 und - = 0,35. Für f = ^ ist das Feld Null für f = 0,72. Ein dielektrischer Zylinder mit einem Radius zwischen 0,35a und 0,72a ist also nur einem sehr schwachen Hochfrequenzfeld unterworfen. Was den TEQO2-Wellentyp anbelangt, so ist das elektrische Feld Null für — = 0,55 für jeden Polarwin-The TE 122 and TE_ 22 wave types, their distributions in the Pig. 4c, kd and 5c have this property. For the TE 122 wave type, the field is zero for Y = 0 and - = 0.35. For f = ^ the field is zero for f = 0.72. A dielectric cylinder with a radius between 0.35a and 0.72a is therefore only subject to a very weak high-frequency field. As for the TE QO2 wave type, the electric field is zero for - = 0.55 for each polar win-

SLSL

keif« Ein dünner dielektrischer Zylinder mit einem Radius r = 0,55a, der koaxial in einem Resonanzhohlraum für den TEQ22-Wellentyp liegt, bedeutet also überhaupt keinen Hochfrequenzverlust. Mit diesen Vorrichtungen ist es also möglich, das maximale elektrische Feld auszunutzen, um das Plasma zu erzeugen, denn dieses Maximum liegt innerhalb des Zylinders.keif «A thin dielectric cylinder with a radius r = 0.55a lying coaxially in a resonance cavity for the TE Q22 wave type means no high frequency loss at all. With these devices it is therefore possible to use the maximum electric field in order to generate the plasma, because this maximum lies within the cylinder.

Die Verwendung von Resonanzwellen mit Bereichen, in denen das Feld im Hohlraum schwach oder Null ist, um d^e Verluste und die Aufwärmung des Zylinders auf ein Minimum zurückzuführen, beschränkt sich natürlich nicht nur auf die beschriebenen TE 122"" unc* TEQ22-Wellentypen. Die Verwendung von anderen Wellen mit einem Index η ^ 2 bildet daher lediglich eine andere Ausführungsform der Erfindung, ohne deren Rahmen cu verlassen.The use of resonance waves with regions in which the field in the cavity is weak or zero, in order to reduce the losses and the heating of the cylinder to a minimum, is of course not limited to the TE 12 2 "" and TE Q22 described -Wave types. The use of other shafts with an index η ^ 2 therefore only forms another embodiment of the invention without leaving its scope cu.

Die vom Betrieb der Vorrichtung anhand der Fig. 1 und 2 gegebene Beschreibung nimmt nicht zu den durch die Anwesenheit eines Plasmas im Inneren des Hohlraumes erzeugten Störungen Stellung. Die beiden Hauptstörungen betreffen einerseits die Verwerfung der Resonanzfrequenz des Hohlraumes und andererseits den Abfall seiner Überspannung. Es soll f die Vakuumfrequenz des Hohlraumes sein. Die Entstehung des Plasmas erzeugt eine Veränderung der Resonanzfrequenz, die zu f wird. Wenn ebenso die anfängliche Überspannung des Hohlrauues Q beträgt, dann bewirken die Verluste im Plasma eine Veränderung dieser Überspannung auf einen Wert Q . Wenn für die feste Frequenz des Hochfrequenzgenerators ein Wert gleich zu f gewählt wurde, dann muß die Verwerfung der Resonanzfrequenz des Hohlraumes kleiner sein als die Bandbreite der Resonanz mit einem Plasma, damit die Wechselwirkung zwischen der vom Generator erzeugten Welle und dem Plasma des Hohlraumes noch bemerkbar ist« Diese Bedingung v.ann daher wie folgt beschrieben werden:The description given of the operation of the device with reference to FIGS. 1 and 2 does not take a position on the disturbances generated by the presence of a plasma in the interior of the cavity. The two main disturbances concern, on the one hand, the rejection of the resonance frequency of the cavity and, on the other hand, the drop in its overvoltage. Let f be the vacuum frequency of the cavity. The creation of the plasma creates a change in the resonance frequency, which becomes f. If the initial overvoltage of the cavity is Q, then the losses in the plasma cause this overvoltage to change to a value Q. If a value equal to f was chosen for the fixed frequency of the high-frequency generator, then the distortion of the resonance frequency of the cavity must be smaller than the bandwidth of the resonance with a plasma, so that the interaction between the wave generated by the generator and the plasma of the cavity is still noticeable is "This condition v therefore .ANN be described as follows:

- fpl < f/2Qp- f pl < f / 2 Qp

Wenn beispielsweise die Leistungsabsorption durch das Plasma so ist, daß Q = 1000 gilt, dann kann die Resonanzfrequenz des Hohlraumes von derjenigen der Magnetfeldröhre nicht mit einer Größe abweichen, die höher liegt als 1,23 MHz für f = 2459 MHz oder die höher ist als 5 MHz für f = 10 GHz.For example, if the power absorption by the plasma is such that Q = 1000, then the resonance frequency of the cavity from that of the magnetron do not differ by a size higher than 1.23 MHz for f = 2459 MHz or higher than 5 MHz for f = 10 GHz.

Die Werte für die Verwerfung der Frequenz und für den Abfall der Überspannung hängen von der betrachteten Resonanzwelle, vom Durchmesser R des dielektrischen Zylinders '\k, vom verwendeten statischen Magnetfeld und von der Elektronendichte η des Plasmas ab:The values for the rejection of the frequency and for the drop in the overvoltage depend on the resonance wave under consideration, on the diameter R of the dielectric cylinder '\ k, on the static magnetic field used and on the electron density η of the plasma:

Bei geringen Plasmadichten (η < 10 m~3 bei 2459 MHz und bei einem Druck von 1 θ" Torr) und für ein Plasma mit geringen Dimensionen oder Abmessungen (— ^ 0,i) ist die Verwerfung der Frequenz nicht sehr bedeutend: Es kann angenommen werden, daß der Hohlraum bei derselben Frequenz in Resonanz ist wie wenn in ihm ein Vakuum ist, d. h. bei der Generatorfrequenz. Die Verwerfung ist darüber hinaus um soAt low plasma densities (η <10 m ~ 3 at 2459 MHz and at a pressure of 1 θ "Torr) and for a plasma with small dimensions or dimensions (- ^ 0, i) the rejection of the frequency is not very significant: it can Assume that the cavity is resonating at the same frequency as when there is a vacuum in it, that is, at the generator frequency, and the warping is so

R RR R

kleiner, je kleiner — ist. Für denselben Wert von — ist siesmaller, the smaller - is. For the same value of - it is

a aa a

kleiner für TE -Wellentypsn als für TE1 -Vellentypen. onp lnpsmaller for TE wave types than for TE 1 wave types. onp lnp

Diese Verwerfung verschwindet, wenn für den Vert des statischen Magnetfeldes der Wert der Zyklotronresonanz (875 Gauß für 2459 MHz) verwendet wird, wobei dann die Leistungsabsorption durch das Plasma am größten ist. This distortion disappears when the value of the cyclotron resonance (875 Gauss for 2459 MHz), in which case the power absorption by the plasma is greatest.

Bei größeren Dichten (nG£iOi7m"3 bei 2459 MHz) und ohne Magnetfeld ist es erforderlich, wenn man eine annehmbare Verwerfung erhalten will, für TE -We11entypen eben-At higher densities (nG £ iO i7 m " 3 at 2459 MHz) and without a magnetic field, if one wants to obtain an acceptable warpage, it is also necessary for TE -We11ypen

R
falls geringe Werte von — zu nehmen, während für einen TE-Wellentyp größere Werte genommen werden können. Mit einem Magnetfeld, das in der Nähe des Resonanzwertes liegt, kann man den Wert von —· erhöhen, indem eine annehmbare Verwerfung
R.
if small values of - are to be used, while larger values can be used for a TE wave type. With a magnetic field that is close to the resonance value, one can increase the value of - · by an acceptable distortion

für die TE - und TE_ -Wellentypen erhalten wird.for the TE and TE_ wave types.

Bei erhöhten Dichtewerten (ηκ 1O19In""3 bei 2459 MHz) führt nur der TEQ -We11entyp zu schwachen Verwerfungen in der Nähe der Zyklotronresonanz.With increased density values (ηκ 1O 19 In "" 3 at 2459 MHz) only the TE Q -We11 type leads to weak distortions in the vicinity of the cyclotron resonance.

Die drehzylindrischen Hohlräume sind nicht die einzigen Formen, die bei der Erfindung verwendet werden können. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in der Fig. 6 dargestellt ist, hat der hochfrequente Hohlraum eine zusammengesetzte Form. Er ist auf dem größten Teil seinerThe rotating cylindrical cavities are not the only shapes that can be used with the invention. In another embodiment of the invention, which is shown in the As shown in Fig. 6, the high frequency cavity has a composite shape. He's on most of it

Länge koaxial und drehzylindrisch auf dem übrigen Teil.Length coaxial and cylindrical on the remaining part.

In dieser Fig. 6 wird ein drehzylindrischer Hohlraum 50 auf seiner Achse durch einen magnetischen Metallzylinder 23 durchquert, der von einem Deckel 2k ausgeht. Der Zylinder 23 wird von einem Kanal 25 durchstoßen, der mit einem Rohr 26 in Verbindung steht, das auf dem Zylinder 23 aufgelötet ist* Der zentrale Leiter der Ko .xialleitung 7 endet mit einer Koppelschleife 27. Eine Ausdehnungsschale 1? bestimmt eine Ausdehnungskammer kO, die mit dem Hohlraum 50 über eine Öffnung 41 in Verbindung steht. Eine Abziehelektrode 18 ist durch eine Stromquelle- S negativ gepolt. Eine Platte 28 aus Weicheisen, zwei Träger oder Pfosten 29 und 30 und ein Flansch 31 bilden mit dem magnetischen Metallzylinder 23 einen Magnetkreis für das durch die beiden Spulen 32 und 33, die parallel geschaltet sind, erzeugte statische Magnetfeld. Ringförmige Dichtungen 34 und 35 gewährleisten die Dichtheit des Hohlraumes 50 und des Fiihrungsglieds 21.In this FIG. 6, a rotary cylindrical cavity 50 is traversed on its axis by a magnetic metal cylinder 23 which extends from a cover 2k . The cylinder 23 is pierced by a channel 25 which is connected to a tube 26 which is soldered onto the cylinder 23 * The central conductor of the co .xial line 7 ends with a coupling loop 27. An expansion shell 1? defines an expansion chamber kO, which is in communication with the cavity 50 via an opening 41. A pull-out electrode 18 is negatively polarized by a power source-S. A plate 28 made of soft iron, two supports or posts 29 and 30 and a flange 31 form with the magnetic metal cylinder 23 a magnetic circuit for the static magnetic field generated by the two coils 32 and 33, which are connected in parallel. Annular seals 34 and 35 ensure the tightness of the cavity 50 and the guide member 21.

Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt:This device works as follows:

Das hochfrequente Erregungsfeld dringt in den Hohlraum durch die Koaxialleitung 7 ein. Die Schleife 27 wird durch einen Strom durchflossen und das so entstehende Magnetfeld erregt die Resonanzwellen des Hohlraumes, die eine magnetische Komponente aufweisen, die senkrecht zur Ebene der Schleife ist. Diese Kopplungswelle erregt also einen transversalen elektromagnetischen TEM-Ve11entyp. Diese Erregungswelle ist nur in dem Teil des Hohlraumes genau vom TEM-Typ, in dem dieser einem koaxialen Hohlraum gleichgesetzt werden kann. Das zu ionisierende Gas wird über das Rohr 26 durch den Kanal 25 eingeführt. Dieses Gas ist nur am Ausgang desThe high-frequency excitation field penetrates the cavity through the coaxial line 7. The loop 27 is traversed by a current and the resulting magnetic field excites the resonance waves of the cavity, which have a magnetic component perpendicular to the plane of the Loop is. This coupling wave thus excites a transverse electromagnetic type of TEM-Ve11. This excitation wave is exactly of the TEM type only in that part of the cavity, in which this can be equated to a coaxial cavity. The gas to be ionized is through the pipe 26 introduced the channel 25. This gas is only available at the exit of the

7228Q9120.I.737228Q9120.I.73

Kanals 25 einem ultrahochfrequenten Feld unterworfen. In
diesem Bereich verstärkt auch das durch die Spulen 32 und
33 erzeugte statische Magnetfeld die Wechselwirkung zwischen der hochfrequenten Welle und dem Plasma durch die Erscheinung der Zyklotronresonanz, so daß sich die Öffnung
41 sehr in dem Bereich befindet, in dem das Plasma am dichtesten ist. Die Form des Magnetkreises und insbesondere die Verwendung der Platte 28 aus Weicheisen rufen einen bedeutenden Gradienten des Magnetfeldes an der Durchführung der
Öffnung kl hervor, wodurch, wie bei den vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen, der Abzug oder die Extraktion des Plasmas begünstigt wird· Diesea diffundiert sodann in die Ausdehnungskammer 40,und die Elektrode 18 zieht die Ionen ab,
insbesondere im Schutz des Magnetfeldes.
Channel 25 subjected to an ultra-high frequency field. In
this area is also reinforced by the coils 32 and 32
33, the static magnetic field created the interaction between the high frequency wave and the plasma through the phenomenon of cyclotron resonance, so that the opening
41 is very much in the area where the plasma is most dense. The shape of the magnetic circuit, and in particular the use of the soft iron plate 28, impose a significant gradient in the magnetic field on the implementation of the
Opening kl , whereby, as in the previous exemplary embodiments, the withdrawal or extraction of the plasma is favored.This a then diffuses into the expansion chamber 40, and the electrode 18 draws off the ions,
especially in the protection of the magnetic field.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die elektrischen
Feldlinien in der Nähe des Bereiches, in dem das Plasma gebildet wird, weniger genau festgelegt als bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem ein zylindrischer Hohlraum verwendet wird. Obwohl das hochfrequente elektrische Feld nicht senkrecht zum statischen Magnetfeld ist, so ist doch eine Zyklotronresonanz der Elektronen, die oben beschrieben wurde, möglich, denn das hochfrequente elektrische Feld besitzt
eine transversale Komponente, die nicht Null ist, ausgenommen vielleicht auf der Achse des Hohlraumes. Die Elektronen beschreiben dann eine Schraubenlinie und nicht mehr eine
ebene Kurve.
In this embodiment, the electrical
Field lines in the vicinity of the area in which the plasma is formed are less precisely defined than in the exemplary embodiment in which a cylindrical cavity is used. Although the high-frequency electric field is not perpendicular to the static magnetic field, a cyclotron resonance of the electrons, as described above, is possible because the high-frequency electric field possesses
a non-zero transverse component except perhaps on the axis of the cavity. The electrons then describe a helix and no longer one
flat curve.

Die erfindungsgemäße Ionenquelle kann mit vielen Oasen arbeiten. Insbesondere wurden mit Wasserstoff gute Ergebnisse erhalten.The ion source according to the invention can be used with many oases work. In particular, good results have been obtained with hydrogen.

Claims (7)

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. B £ T Z sen. Dlpl-In.?· K. LAfjiP..ICHT Dr.-Ing. R. CS E E T Z Jr. ^ S München 22, Steinadorfitr. 10 · < 44 (5) 6.7.1973 Neue SchutzansprüchePatent Attorneys Dlpl.-Ing. R. B £ T Z sen. Dlpl-In.?· K. LAfjiP..ICHT Dr.-Ing. R. CS E E T Z Jr. ^ S Munich 22, Steinadorfitr. 10 · <44 (5) 6.7.1973 New claims for protection 1. Ionenquelle mit einem auf die Elektronenzyklotronresonanz eingestellten statischen Magnetfeld, c tdurch gekennzeichnet, daß im Einflußbereich des Magnetfeldes eine Plasmaquelle mit einem resonant erregten Hohlraum (50) und eine Ionenextraktionseinrichtung mit einer Ausdehnungsschale (17) angeordnet sind, die im Betrieb der größten Plasmadichte über eine öffnung (4l) mit dem Hohlraum (50) verbunden ist und in einem Magnetfeldbereich mit einer Feldstärke nahe Null Abziehelektroden (l8) für das Abziehen von Ionen enthält.1. Ion source with a static magnetic field adjusted to electron cyclotron resonance, c t characterized by, that in the area of influence of the magnetic field a plasma source with a resonantly excited cavity (50) and an ion extraction device is arranged with an expansion shell (17) which, in operation, is the largest Plasma density is connected to the cavity (50) via an opening (4l) and in a magnetic field area with a Field strength close to zero contains extraction electrodes (l8) for the extraction of ions. 2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Umgebung der die Ausdehnungsschale (17) mit dem Hohlraum (50) verbindende öffnung (41) in einem Magnetfeldbereich mit der Zyklotronresonanz entsprechender Feldstärke liegt,,2. Ion source according to claim 1, characterized in that only the vicinity of the expansion shell (17) with the Opening (41) connecting the cavity (50) in a magnetic field area with a field strength corresponding to the cyclotron resonance lies,, 3. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hohlraum (50) mit der Ausdehnungsschale (17) verbindende öffnung (4l) in einem Magnetfeldbereich mit einem starken Feldstärlregradienten liegt.3. Ion source according to claim 1, characterized in that the cavity (50) with the expansion shell (17) connecting opening (4l) in a magnetic field area with a strong field strength gradient. 4. Ionenquelle nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungsschale (17) aus einem Metall mit schwacher Reluktanz besteht.4. ion source according to claim 3 »characterized in that the expansion shell (17) consists of a metal with weak reluctance. 5. Ionenquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzei jhnet, daß die Ausdehnungsschale (17) aus Weicheisen besteht.5. Ion source according to claim 4, characterized in that the expansion shell (17) consists of soft iron. 6. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (50) als Rotationszylinder ausgebildet und axial zum statischen Magnetfeld ausgerichtet ist und einen koaxial und mit radialem Abstand darin angeordneten und dagegen dicht abgeschlossenen dielektrischen Zylinder (14) für die Aufnahme des Plasmas enthält, relativ zu dem die Ausdehnurgsschale (17) in axialer Verlängerung liegt.6. Ion source according to claim 1, characterized in that that the cavity (50) is designed as a rotary cylinder and is axially aligned with the static magnetic field and a dielectric cylinder (14) arranged coaxially and at a radial distance therein and, on the other hand, tightly sealed for receiving the plasma, relative to which the expansion shell (17) lies in an axial extension. 7. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (50) als Hohlzylinder mit einem axial eingefügten Metallzylinder (23) mit schwacher Reluktanz ausgebildet ist, der einen Deckel (24) für den Hohlraum (50) berührt und nahe der zur Ausdehnungsschale (17) führenden öffnung (41) im Hohlraum (50) mündet.7. Ion source according to claim 1, characterized in that the cavity (50) as a hollow cylinder with an axially inserted Metal cylinder (23) is designed with weak reluctance, which has a cover (24) for the cavity (50) touches and opens near the opening (41) leading to the expansion shell (17) in the cavity (50).
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