DE19933762C2 - Gepulste magnetische Öffnung von Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Jonenquellen zur Erzeugung kurzer, stromstarker Pulse hoch geladener Ionen oder von Elektronen - Google Patents

Abstract

Um aus Elektronen-Zyklotron-Resonanz-(EZR)-Ionenquellen mit allseitigen magnetischen Einschluß eines EZR-geheizten Plasmas große, kontinuierliche Ströme von Ionen zu extrahieren, müssen sie bekanntlich so asymmetrisch gebaut werden, der der axiale magnetische Einschluß auf der Extraktionsseite schlechter wird als auf der entgegengesetzten Seite, wodurch Ionenverluste in Richtung der Extraktion zu größeren extrahierten Ionenströmen führen. Durch plötzliches Herunterschalten des magnetischen Einschlußfeldes im Bereich der Extraktion einer mit symmetrischem, axialen Magneteinschluß betriebenen EZR-Ionenquelle, d. h. durch plötzliche und vollständige Öffnung des magnetischen Einschlusses im Bereich der Extraktion, bewegt sich das ganze Plasma plötzlich zur Extraktionsöffnung, so daß dort die extrahierten Ionenströme plötzlich vergrößert werden. der große Ionenstrompuls dauert entweder bis sich der Plasmavorrart erschöpft hat oder bis der magnetische Einschluß wieder eingeschaltet wird. Die Pulswiederholrate ist bestimmt durch die Aufbauzeit des Plasmas nach Wiedereinschalten des magnetischen Einschlusses. Statt Ionenstrompulsen können auch Elektronenstrompulse extrahiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle mit zeitlich variabler Extraktion hoch geladener Io­ nen- oder Elektronen-Strahlen aus einem Plasma mit magnetischem Minimum-B-Einschluß, das mit elektromagnetischen Mikrowellen unter Ausnutzung der Elektronen-Zykolotron-Reso­ nanz (EZR) erzeugt und geheizt wird, und das mit beliebigen, zu ionisierenden Elementen aus einem Gasreservoir oder einem integrierten Verdampferofen beschickt wird.

Es ist bekannt, daß Strahlen hochgeladener Ionen mit großer Ausbeute aus solchen EZR- Ionen-Quellen (EZRIQ), im Englischen unter dem Begriff "Electron-Cyclotron-Resonance- Ion-Sources" (ECRIS) bekannt, extrahiert werden können. Die Konstruktionsmerkmale dieser EZR-Ionenquellen sind in Patentschriften [DE 31 04 461 A1, US 4,631,438, US 4,638,216, EPAO 138642, EPAO 130907, FR 2475798, FR 2512623, EPAO 142414, EPAO 145586, FR 2592518, EPAO 238397, EPAO 252845, DE 44 19 970 A1, JP-A2 5-109365 (A), JP-A2 6- 76751 (A), FR 94 04027, EP 0813223 A1, WO 94/03919] und wissenschaftlich-technischen Veröffentlichungen publiziert [Ref. 1: B. Jacquot et M. Pontonnier, "La Source CAPRICE 10 GHz en Mode Harmonique 2(ω_HF - ω_CE) = 0", Nuclear Instruments and Methods in Nuclear Research A287, 341-347 (1990); Ref. 2: A. G. Drentje, "Review of the Eleventh International Workshop on ECR ion sources", Review of Scientific-Instruments 65, 104-1050 (1994), Ref. 3: R. Geller, "Electron Cyclotron Resonance Ion Sources and ECR-Plasmas", Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1996, ISBN 0 7503 0107 4, Ref. 4: R. Geller, "Re­ view of Scientific-Instruments", 69, 1302-1310 (1998)]. Demnach wird ein axialer, magnetischer Plasmaeinschluß durch zwei oder mehrere kreisförmige, nicht notwendigerweise identische Magnetspulen in einem gewissen, axialen Abstand voneinander derart erzeugt, daß auf die Symmetrieachse der Ionenquelle jeweils am Ort der Spulen ein Maximum und zwischen den Spulen ein Minimum der Magnetfeldstärke entsteht, das durch Zusatzspulen speziell konfigu­ riert werden kann. Eine solche, axiale Magnetfeldstruktur wird Spiegelfeld genannt und läßt sich mit herkömmlichen oder mit supraleitenden Spulen mit gleichsinniger oder ent­ gegengesetzter Stromrichtung realisieren. In neueren Konzeptionen wird diese axiale Magnet­ feldstruktur auch mit Permanentmagneten ohne Verwendung von Spulen realisiert. Der radiale Plasmaeinschluß wird durch magnetische Multipolfelder (meist Hexapolfelder) bewirkt, die meist mit Permanentmagneten aufgebaut sind, aber auch mit supraleitenden Spulen oder mit eisenbewehrten Kupferspulen ausgeführt werden können. Im Inneren dieser Magnetfeldstruk­ tur existiert also ein Minimum des Betrages des Magnetfeldes, von dem aus in alle Richtungen nach außen hin der Betrag des Magnetfeldes zunimmt, so daß man sie auch abgekürzt Mini­ mum-B-Magnetfeldstruktur (MBM) nennt.

In diese MBM wird auf der Symmetrieachse eine meist zylindrische Plasmakammer aus Metall eingesetzt, die im wesentlichen als Vakuumkammer dient, um im Zusammenwirken mit radial oder axial angeordneten Vakuumpumpen einen Druck des zu ionisierenden Gases oder Gasgemisches im Plasmabereich von 10^-2 bis 10^-5 Pa zu gewährleisten. Die Mikrowellenenergie wird mit Hochfrequenz-Hohlleitern oder mit Koaxialleitungen, eventuell in Kombination mit Antennen, radial oder axial in die Plasmakammer eingekoppelt, wobei ein mikrowellendurchläs­ siges, aber vakuumdichtes Fenster den Vakuumabschluß der Plasmakammer gewährleistet. Im Bereich eines der beiden axialen Magnetfeldmaxima, der im folgenden als Extraktionsseite be­ zeichnet wird, ist die Plasmakammer durch eine durchbohrte Elektrode, die sogenannte Plasmae­ lektrode abgeschlossen, durch welche die Ionen oder Elektronen von einem elektrischen Zieh­ feld angepaßter Polarität axial extrahiert werden.

In dieser Plasmakammer werden Elektronen durch EZR-Heizung auf hohe Energie ge­ bracht, räumlich konzentriert und ausreichende Zeiten gespeichert [Ref. 5., A. Heinen, Ch. Vitt, and H. J. Andrä, "Density and Energy Density Distributions of Electrons in Compact ECRIS", in Conference on the Physics with Highly Charged Ions, Bensheim, Germany, Sept. 1998, Physica Scripta (1999), Ref. 6:, A. Heinen, M. Rüther, H. W. Ortjohann, Ch. Vitt, S. Rhode, and H. J. Andrä, "Heating and Trapping of Electrons in ECRIS, from Scratch to Afterglow", Proceedings of the "14^th International Workshop on ECR Sources", 3-6 Mai 1999, CERN, Genf, Schweiz, Seiten 224-232.], so daß sie die eingelassenen Elemente bis zu hohen La­ dungszuständen ionisieren können. Es wird angenommen, daß diese Ionisation vorwiegend in den räumlichen Bereichen großer Elektronen-Energiedichte stattfindet, in denen die entstande­ nen Ionen auch in der großen Elektronendichte zwecks negativer Ladungskompensation fest­ gehalten werden. Da die Ionen in diesen EZR-Ionenquellen nur sehr wenig Energie gewinnen, können sie also unter der doppelten, einschließenden Wirkung der Raumladung der Elektronen und des magnetischen Einschlusses der MBM lange und mittlere Zeiten τ in der EZR-Ionenquelle festgehalten werden und nur mit geringer Wahrscheinlichkeit bis zur Extraktionsöffnung gelan­ gen und extrahiert werden. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das magnetische Spiegelfeld symmetrisch aufgebaut ist, d. h. wenn die beiden Magnetfeldmaxima auf der Achse gleiche Magnetfeldstärke besitzen, und damit ein besonders guter, axialer, magnetischer Einschluß der geladenen Partikel in der MBM gegeben ist. Um den kontinuierlichen Strom hoch geladener Ionen aus den EZR-Ionenquellen möglichst groß zu machen, wird deshalb der magnetische Einschluß in Richtung der Extraktionsseite dadurch verschlechtert, daß das axiale Magnet­ feldmaximum des Spiegelfeldes auf der Extraktionsseite kleiner als das auf der entgegengesetz­ ten Seite gemacht wird. Dadurch wird der Verlust von Ionen aus der MBM in Richtung der Extraktionsseite erhöht, der größeren, extrahierten Ionenströmen entspricht. Da diese Verluste die mittlere Verweilzeit τ der Ionen in der MBM verkürzen und umgekehrt aber ein langes τ für die Erzeugung der hohen Ladungszustände benötigt wird [Ref. 1], kann nur ein Kompromiß zwischen langem τ für die Produktion und kurzem τ für die Extraktion zum Optimum des ext­ rahierten, kontinuierlichen Stroms eines bestimmten Ladungszustandes führen.

Für die Erzeugung zeitlich kurzer Pulse hoch geladener Ionen wurde deshalb ein Verfahren entwickelt, das den Ionen-Einschluß in der Raumladung der Elektronen kurzzeitig dadurch verschlechtert, daß die EZR-Heizung durch plötzliches Abschalten der Mikrowelle ausgeschal­ tet wird [Ref. 3 und Ref. 6]. Dieses sog. "Afterglow"-Verfahren (der aus dem Englischen ent­ lehnte Begriff für das Nachleuchten eines Plasmas nach Abschalten des Erzeugungmechanis­ mus) führt dazu, daß mit dem Abschalten der EZR-Heizung vor allem die Elektronen niedriger Energie durch Stöße mit anderen geladenen Partikeln aus der MBM herausgestreut werden, so daß ein Teil der Raumladung der Elektronen für den Einschluß der ursprünglich vorhandenen Ionen verloren geht und deshalb letztere wegen der Coulomb-Abstoßung untereinander ausei­ nanderfliegen. Wegen des starken, axialen Magnetfeldes wird dieses Auseinanderfliegen der Io­ nen vorwiegend in ein axiales Auseinanderfliegen der Ionen in beide Richtungen umgewandelt, so daß an der Extraktionsöffnung ein kurzer Puls von Ionen auftritt. Das "Afterglow"- Verfahren erzeugt tatsächlich Pulse hoch geladener Ionen von etwa 1 ms Länge, die im Maxi­ mum ein bis zwei Größenordnungen größere Ströme eines hoch geladenen Ions ergeben kön­ nen als die entsprechenden, kontinuierlichen Ströme. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß nur ein Teil des Ionen-Einschlusses im Potential der Elektronen abgeschaltet wird, wäh­ rend der magnetische Einschluß konstant erhalten bleibt.

Es wurden deshalb erfolgreiche Versuche unternommen, den magnetischen Einschluß aller in der MBM befindlichen, geladenen Teilchen kurzzeitig auszuschalten [Ref. 7: C. Mühle, "Un­ tersuchung einer ECRIS mit gepulster, magnetischer Extraktion", Dissertation, 1995, Univ. Frankfurt, durchgeführt in der GSI-Darmstadt, GSI-95-07 Report (1995), Ref. 8: C. Mühle et al., "Status of the pulsed magnetic field electron cyclotron resonance ion source", Review of Scientific Instruments 65, 1078-1080 (1993), Ref. 9: C. Mühle et al., "Pulsed magnetic field­ electron cyclotron resonance ion source operation", Review of Scientific Instruments 67, 1331-1333 (1996)]. In diesem Experiment wurde gezeigt, daß eine die Plasmakammer um­ schließende, axialsymmetrische, zylindrische Spule dazu verwendet werden kann, das Mini­ mum des magnetischen Spiegelfeldes in wenigen µs in ein Maximum umzuschalten, das größer ist als die Maxima des ursprünglichen Spiegelfeldes. Dadurch wird der magnetische Einschluß aller geladenen Partikel zerstört, so daß für die Ionen sowohl der magnetische wie auch der Raumladungs-Einschluß durch die Elektronen verloren geht. In Referenzen 7-9 wird dabei das gepulste Feldmaximum so gelegt, dass die Ionen und Elektronen überall einem Abfall des Magnetfeldes zur Extraktion hin ausgesetzt sind, so dass sie vorwiegend in Richtung der Ex­ traktionsöffnung auseinander fliegen. Wegen des starken axialen Magnetfeldes wird dieses Auseinanderfliegen der Ionen vorwiegend in ein axiales Auseinanderfliegen der Ionen umge­ wandelt, so dass an der Extraktionsöffnung ein kurzer Puls von Ionen auftritt. Das magnetische Schalten der MBM erzeugt experimentell tatsächlich Pulse hoch geladener Ionen der Länge < 1 ms, die im Maximum etwa ein bis zwei Größenordnungen größere Ströme eines hoch gela­ denen Ions ergeben als die entsprechenden kontinuierlichen Ströme. Das Experiment wurde aber mit einer EZR-Ionenquelle mit schwachem magnetischen Einschluß durchgeführt, so daß die erzielbaren Strompulse deutlich kleiner ausfielen als mit dem "Afterglow"-Verfahren bei Hochleistungs-EZR-Ionenquellen, obwohl sie prinzipiell größer ausfallen sollten. Der große Nachteil dieses magnetischen Schaltens einer ganzen MBM liegt aber vor allem darin, daß ein großes Magnetfeld der Größenordnung Tesla innerhalb von wenigen µs zu Schalten ist, was einen großen elektrischen Leistungsbedarf erfordert und deshalb aus wirtschaftlichen Gründen nicht mit großen Puls-Wiederholraten durchgeführt werden kann.

Das alleinige Schalten der extraktionsseitigen Spiegelspule wird in Referenzen 7-9 wegen der zu großen Induktivität dieser Spule ausdrücklich ausgeschlossen. Es wird darin außerdem darauf verwiesen, dass wegen Wirbelströmen in den Plasmakammerwänden das Eindringen des gepulsten Feldes in die Plasmakammer dann nicht möglich sei.

In [JP-A2 6-76751 (A)] wird trotzdem eine gepulste Spiegelspule vorgeschlagen. Sie soll aber zum Erreichen der Resonanzfeldstärke eingesetzt werden, um während des Pulses Ionen zu produzieren, die dann bei ausgeschalteter Spiegelspule extrahiert werden sollen. Es handelt sich dabei also um eine Pulssteuerung der Ionenproduktion.

In [DE 31 04 461 A1] wird im Anspruch 4 zwar beansprucht, dass "wenigstens eines der a­ xialen oder radialen, magnetischen Felder pulsierend" sein kann, aber es wird nicht erläutert, was damit erreicht werden soll. Es muss daher davon ausgegangen werden, dass zum Zeit­ punkt der Anmeldung von [DE 31 04 461 A1] das Erreichen großer Magnetfeldstärken noch ein großes Problem darstellte, das damals in der Plasmaphysik, aus der die ECRIS hervorgegangen sind, mit pulsierenden Feldern gelöst wurde. Es ist auf jeden Fall aus [DE 31 04 461 A1] nicht ersichtlich, dass mit pulsierenden Feldern die magnetische Extraktion von Ionen gesteuert wer­ den soll.

Alle anderen Patentschriften betreffen die Optimierung der ECRIS im allgemeinen oder Methoden der Modifikation der statischen Magnetfelder, um die kontinuierliche Extraktion von Ionen zu verbessern. In letztere Kategorie fällt auch Ref. 3.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß extrahierte Ströme hoch geladener Ionen aus EZR-Ionenquellen pulsartig dadurch gesteigert werden können, daß der Ionen-Einschluß pulsartig verschlechtert oder ganz zerstört wird. Die dafür bisher eingesetzten Methoden besit­ zen aber prinzipielle oder wirtschaftliche Nachteile.

Es besteht damit die Aufgabe, den Ionen- Einschluß in EZR-Ionenquellen auf technisch günstige und wirtschaftliche Art und Weise puls­ artig für die optimale Extraktion hoch geladener Ionen und auch von Elektronen zu modifizie­ ren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch eine pulsartige, magneti­ sche Öffnung der MBM, die auf den räumlichen Bereich der Extraktionsöffnung beschränkt ist, die in der vorher existierenden MBM gespeicherten, geladenen Partikel aus dem Innern der MBM zur Extraktionsöffnung hin entweichen und dort sehr effizient extrahiert werden können, wobei durch die räumliche Begrenzung des zu schaltenden Magnetfelds Spulen mit kleinen, durch diesen räumlichen Bereich definierten Dimensionen ausreichen, deren Pulsung mit gerin­ gen technischen und wirtschaftlichen Mitteln möglich ist.

Diese magnetische Öffnung im räumlichen Bereich der Extraktionsöffnung in der Plasmae­ lektrode muß die dort existierende Magnetfeldstärke des axialsymmetrischen, magnetischen Spiegelfeldes auf Werte kleiner oder gleich B_min absenken, damit die Plasmapartikel nur noch kleine oder gar keine Axi­ alkräfte in Richtung der Mitte der Plasmakammer mehr erfahren. Dieses Herunterschalten des Magnetfeldes an der Extraktionsöffnung auf Werte ≦ B_min könnte prinzipiell ohne mechanische Umbauten sofort dadurch erzielt werden, daß die elektrischen Ströme in den das ursprüngliche Feld erzeugenden Spulen plötzlich, d. h. technisch so schnell wie möglich, abgesenkt werden. Da es sich um große Spulenströme in Spulen großer Induktivität handelt, ist dieses plötzliche Schalten etwa der Hälfte der Spulenströme zwar technisch möglich, aber technisch aufwendig.

Technisch einfacher und wesentlich wirtschaftlicher wird die Absenkung des extraktionssei­ tigen Magnetfeldes erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, daß die Magnetfeldstruktur des ursprünglichen, magnetischen Einschlusses erhalten bleibt und mechanisch im räumlichen Bereich der Plasmae­ lektrode eine oder mehrere Hilfsspulen angeordnet werden, die mit einem plötzlichen Strom­ stoß beschickt werden. Dadurch kann dem Magnetfeld an der Extraktionselektrode ein plötzliches Magnetfeldminimum überlagert werden, so daß dort die Gesamtmagnetfeldstärke ≦ B_min wird. Eine besonders einfache Lösung wird dadurch erreicht, daß eine der Hilfsspulen in die Plasmaelektrode integriert wird.

Für die ionenoptische Qualität der erzeugten Stromimpulse stellt das Vorhandensein des magnetischen Multipols ein Problem dar. Für die Verbesserung kann erwogen werden, daß gleichzeitig mit dem plötzlichen Öffnen des axialen, magnetischen Einschlusses auch der mag­ netische Multipol überall oder zumindest im Bereich der Extraktion ganz oder teilweise plötz­ lich abgeschaltet wird, um das Plasma möglichst homogen und in Achsennähe auf die Extraktionsöffnung in der Plasmaelektrode zuströmen zu lassen, um Ionen- oder Elektronen- Stromimpulse möglichst guter Homogenität und Emittanz extrahieren zu können.

Für viele technologische Anwendungen ist es nicht notwendig, Ionen und Elektronen ge­ trennt zu extrahieren. Die Verwendung des gesamten, neutralen Plasmas ist verfahrenstech­ nisch oft sogar wirkungsvoller als die Verwendung reiner Ionen- oder Elektronenstrahlen. Dies gilt insbesondere für Plasmen großer Energiedichte, wie sie in EZR-Ionenquellen vorliegen. Durch Verzicht auf das elektrische Ziehfeld und durch Vergrößern der Extraktionsöffnung in der Plasmaelektrode kann dieses ganze Plasma durch magnetische Öffnung in die vorher defi­ nierte Extraktionsrichtung ausströmen und außerhalb der EZR-Ionenquelle nutzbar gemacht werden. Die Ausströmgeschwindigkeit läßt sich dabei sogar über den Gradienten des abfallen­ den Magnetfeldes zur Extraktion hin steuern. Außerhalb der EZR-Ionenquelle kann also ein im magnetischen Streufeld der EZR-Ionenquelle expandierender Plasmapuls mit großem Anteil hoch geladener Ionen und regelbarer Geschwindigkeit erzeugt werden. Die Expansion dieses Plasmapulses kann durch äußere, magnetische Führungsfelder an die jeweiligen Verfahren an­ gepaßt werden.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt mit dem Ausführungsbeispiel 1 (vergl. Fig. 1).

Als Ausführungsbeispiel 1 kann eine EZR-Ionenquelle in Fig. 1 gezeigt werden. Sie besteht aus einer Plasmakammer (1), in der das für die Plasmaerzeugung erforderliche Vakuum erzeugt und der Restdruck des gewünschten Gases durch einen Gaseinlaß (2) aufrechterhalten wird, und in die die Mikrowellen (3) eingekoppelt werden. Auf der Ionen- oder Elektronen- Extraktionsseite ist die Plasmakammer mit einer Plasmaelektrode (4) abgeschlossen, der in Ex­ traktionsrichtung (5) eine Extraktionselektrode (6) folgt. Durch die Öffnungen der Plasma- und Extraktionselektroden werden die im Plasma (7) erzeugten Ionen oder Elektronen aus dem Plasma extrahiert, wobei durch eine Spannungsdifferenz zwischen der Plasma- und der Extrak­ tionselektrode ein sogenanntes Ziehfeld wählbarer Polarität aufgebaut wird. Die Magnetfeld­ struktur wird in diesem Beispiel durch einen radial magnetisierten Permanentmagnetring (8), vier stromdurchflossene Spulen (9) und einen aus Permanentmagneten zusammengesetzten Oktopol (10) erzeugt, dessen Einzelmagnete mit den angegebenen Pfeilrichtungen magnetisiert sind. Der Ring (8) und die Spulen (9) können mechanisch und elektrisch so eingestellt werden, daß sie zum Beispiel ein Axialfeld B_z (11) auf der z-Achse (12) mit einem sehr flachen Mini­ mum (13) erzeugen, dessen kleinster Wert auf der Achse B_min in der Mitte der Plasmakammer liegt. Durch dieses axiale Feld B_z (11, 13) wird das Plasma (7) axial gut eingeschlossen. Durch eine Pulsstrombeaufschlagung einer oder mehrerer Hilfsspulen - insbesondere kann in die Plasmaelektrode eine erste Hilfsspule (16) und im Bereich der Plasmaelektrode eine zweite Hilfsspule (17) eingebaut werden - wird ein lokales, axiales, magneti­ sches Feld der Art erzeugt, daß das überlagerte, axiale Gesamtmagnetfeld auf der Achse im Be­ reich der Extraktion die Formen (15) annimmt. Um die experimentell zu bestimmende, beste Form (15) des axialen Gesamtmagnetfeldes auf der Achse im Bereich der Extraktion für die Extraktion der größten Ionen- oder Elektronen-Stromimpulse oder Plasmaimpulse zu errei­ chen, können auch die elektrischen Ströme aller diese Felder erzeugenden Spulen gleichzeitig um einstellbare positive oder negative Werte geschaltet werden.

Claims (7)

1. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionen-Quelle (ECRIS), insbesondere für hoch geladene Ionen, wobei die Magnetfeldstruktur für den Plasmaeinschluß mit Permanentmagneten, stromdurch­ flossenen Kupferspulensystemen, supraleitenden Spulensystemen oder mit einer Kombination dieser drei Methoden erzeugt wird, wobei der Betrag des im Innern der Magnetfeldstruktur herrschenden B_min-Feldes nach außen in jede Richtung auf mindestens 1,7 B_min zunimmt und die das Minimum des Magnetfeldes einschließende Plasmakammer in axia­ ler Richtung durch magnetische Spiegelfelder und in radialer Richtung durch ein magnetisches Multipolfeld begrenzt wird, wobei die zur Mikrowelleneinkopplung vorgesehene Plasmakam­ mer auf ihrer Extraktionsseite durch eine axialsymmetrisch angeordnete Plasmaelektrode abge­ schlossen ist, durch deren Öffnungen Ionen durch ein elektrisches Ziehfeld extrahiert werden, gekennzeichnet dadurch, dass in axialer Richtung in Höhe der Plasmaelektrode eine oder mehrere, pulsstrombeaufschlagte Hilfsspulen angeordnet sind, die durch einen Strompuls einen Teil des axialen, magnetischen Spiegelfeldes an der Plasmaelektrode zeitlich abrupt auf einen Wert ≦ B_min absenken.

2. ECRIS nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Hilfsspulen teilweise oder ganz in die Plasmaelektrode integriert sind.

3. ECRIS nach Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Mikrowellenleistung simultan zur Pulsstrombeaufschlagung der Hilfsspule gestoppt wird.

4. ECRIS nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Plasmaelektrode ein Extraktionsgitter als Öffnung erhält.

5. ECRIS nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass das magnetische Multipolfeld simultan zur Pulsstrombeaufschlagung der Hilfsspule zumindest teilweise abgeschaltet wird.

6. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Ionen-Quelle (ECRIS), insbe­ sondere für hoch geladene Ionen, wobei die Magnetfeldstruktur für den Plasmaeinschluß mit Permanentmagneten, stromdurchflossenen Kupferspulensystemen, supraleitenden Spulensys­ temen oder mit einer Kombination dieser drei Methoden erzeugt wird, wobei der Betrag des im Innern der Magnetfeldstruktur herrschenden B_min-Feldes nach außen in jede Richtung auf min­ destens 1,7 B_min zunimmt und die das Minimum des Magnetfeldes einschließende Plasmakammer in axialer Richtung durch magnetische Spiegelfelder und in radialer Richtung durch ein magnetisches Multipolfeld begrenzt wird, wobei die zur Mikrowellenein­ kopplung vorgesehene Plasmakammer auf ihrer Extraktionsseite durch eine axialsymmetrisch angeordnete Plasmaelektrode abgeschlossen wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Plasmaelektrode eine nicht zu enge Öffnung aufweist, nicht unter Einfluss eines elektri­ schen Ziehfeldes zur Ionenextraktion steht, und in axialer Richtung in Höhe der Plasmaelektro­ de eine oder mehrere, strompulsbeaufschlagte Hilfsspulen angeordnet sind, die durch einen Strompuls einen Teil des axialen, magnetischen Spiegelfeldes an der Plasmaelektrode zeitlich abrupt auf einen Wert ≦ B_min absenken.

7. ECRIS nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass den zu extrahierenden Ionen vor der Pulsstrombeaufschlagung der Hilfsspule durch Ionen- Zyklotron-Resonanz-Heizung Rotationsenergie zugeführt wird.