JP6771926B2

JP6771926B2 - Ion source device

Info

Publication number: JP6771926B2
Application number: JP2016070402A
Authority: JP
Inventors: 俊一日朝; 愛実谷口
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2017183145A

Description

本発明は、イオン源装置に関する。 The present invention relates to an ion source device.

従来、粒子加速システムとして、イオンを生成するイオン源装置と、イオンを加速させる加速器と、イオン源装置から加速器へイオンを輸送する輸送部と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような粒子加速システムでは、イオン源装置の容器内に磁場が形成されると共に、当該容器内に電子及び気体分子が導入される。このとき、磁場の強度が適切に調整されていれば、磁場の作用によって電子が容器内に閉じ込められる。容器内に閉じ込められた電子は気体分子に衝突し、その結果、容器内においてプラズマの状態のイオンが生成する。そして、容器から離間した位置に設けられた引出電極に引出電圧が印加されると、引出電圧に対応したエネルギにてイオンが容器内から引き出される。引き出されたイオンは、輸送部によって加速器に輸送される。 Conventionally, as a particle acceleration system, a system including an ion source device for generating ions, an accelerator for accelerating ions, and a transport unit for transporting ions from the ion source device to the accelerator is known (for example, Patent Documents). 1). In such a particle acceleration system, a magnetic field is formed in the container of the ion source device, and electrons and gas molecules are introduced into the container. At this time, if the strength of the magnetic field is adjusted appropriately, the electrons are confined in the container by the action of the magnetic field. The electrons trapped in the container collide with gas molecules, resulting in the generation of plasma-like ions in the container. Then, when the extraction voltage is applied to the extraction electrode provided at a position separated from the container, ions are extracted from the container with the energy corresponding to the extraction voltage. The extracted ions are transported to the accelerator by the transport unit.

特開２００２−２５７９７号公報JP-A-2002-25797

イオン源装置においては、引出電流値の増加が望まれている。イオン源装置の引出電流値は、イオンが生成される容器と引出電極との間の距離や電位差といったパラメータにより決定される。しかし、これらのパラメータは、引出エネルギやイオンビームのエミッタンスといったイオン源装置へ要求される別の性能から決定されてしまう。従って、引出電流値を増大させるためにパラメータを自由に設定することができないので、引出電流値を増大させることが難しかった。 In the ion source device, an increase in the extraction current value is desired. The extraction current value of the ion source device is determined by parameters such as the distance and potential difference between the container in which ions are generated and the extraction electrode. However, these parameters are determined by other performance requirements for the ion source device, such as extraction energy and ion beam emittance. Therefore, it is difficult to increase the withdrawal current value because the parameters cannot be freely set in order to increase the withdrawal current value.

そこで、本発明では、イオン源装置への要求性能を満たしつつ、引出電流値を増大させることが可能なイオン源装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ion source device capable of increasing the extraction current value while satisfying the performance required for the ion source device.

本発明の一形態に係るイオン源装置は、電子を放出する一対の第１の電極と、電子が閉じ込められると共に原料ガスが供給される領域を一対の第１の電極の間に画成し、電子と原料ガスとが衝突して発生したイオンが引き出される孔部を有する第２の電極と、第２の電極との間で電位差を形成するように、第２の電極から引き出されたイオンの引出方向に沿って第２の電極から離間して配置された引出電極と、第２の電極と引出電極との間に設けられた中間電極と、を備え、第２の電極と中間電極との間の第１の電位差は、第２の電極と引出電極との間の第２の電位差よりも大きい。 In the ion source device according to one embodiment of the present invention, a pair of first electrodes that emit electrons and a region in which electrons are confined and a raw material gas is supplied are defined between the pair of first electrodes. The ions drawn from the second electrode so as to form a potential difference between the second electrode having a hole for drawing the ions generated by the collision of the electrons and the raw material gas and the second electrode. An extraction electrode arranged apart from the second electrode along the extraction direction and an intermediate electrode provided between the second electrode and the extraction electrode are provided, and the second electrode and the intermediate electrode are provided. The first potential difference between them is greater than the second potential difference between the second electrode and the extraction electrode.

この装置によれば、第２の電極が画成する領域で生成されたイオンは、第２の電極と中間電極との電位差に対応する引出電流値と引出エネルギをもって孔部から引き出される。そして、中間電極と引出電極との間において、引出エネルギが中間電極と引出電極との電位差に対応するように変化するが、引出電流値は維持される。従って、引出エネルギは、第２の電極と引出電極との間の第２の電位差に基づいて決定される。この第２の電位差は、要求される引出エネルギを満たすように決定することができる。一方、引出電流値は、第２の電極と中間電極との間の第１の電位差に基づいて決定される。従って、引出電流値を決定する電位差を、引出エネルギを決定する電位差に左右されることなく設定することが可能になる。そして、第１の電位差は、第２の電位差よりも大きいので、引出エネルギに基づく電位差により決定される引出電流値よりも増大させることができる。これにより、要求される引出エネルギを満たしつつ、引出電流量を増大させることができる。 According to this device, the ions generated in the region defined by the second electrode are drawn out from the pores with the withdrawal current value and the withdrawal energy corresponding to the potential difference between the second electrode and the intermediate electrode. Then, the extraction energy changes between the intermediate electrode and the extraction electrode so as to correspond to the potential difference between the intermediate electrode and the extraction electrode, but the extraction current value is maintained. Therefore, the extraction energy is determined based on the second potential difference between the second electrode and the extraction electrode. This second potential difference can be determined to meet the required extraction energy. On the other hand, the extraction current value is determined based on the first potential difference between the second electrode and the intermediate electrode. Therefore, the potential difference that determines the extraction current value can be set without being influenced by the potential difference that determines the extraction energy. Since the first potential difference is larger than the second potential difference, it can be made larger than the extraction current value determined by the potential difference based on the extraction energy. As a result, the amount of extraction current can be increased while satisfying the required extraction energy.

第２の電極の電位は、正の電位であり、中間電極の電位は、負の電位であり、引出電極の電位は、接地電位であってもよい。この構成によれば、所望の引出エネルギと所望の引出電流値とを有する正のイオンを引き出すことができる。 The potential of the second electrode may be a positive potential, the potential of the intermediate electrode may be a negative potential, and the potential of the extraction electrode may be a ground potential. According to this configuration, positive ions having a desired extraction energy and a desired extraction current value can be extracted.

中間電極の電位を調整する電位調整部をさらに備えてもよい。この構成によれば、第２の電極と中間電極との間の第１の電位差を調整することが可能になる。第１の電位差は、引出電流値を決定する。従って、引出電流値の大きさを制御することができる。 A potential adjusting unit for adjusting the potential of the intermediate electrode may be further provided. According to this configuration, it is possible to adjust the first potential difference between the second electrode and the intermediate electrode. The first potential difference determines the withdrawal current value. Therefore, the magnitude of the withdrawal current value can be controlled.

第２の電極と中間電極との間の距離を制御するために、中間電極の位置を調整する位置調整部をさらに備えてもよい。この構成によれば、第２の電極と中間電極との間の距離を調整することが可能になる。この距離は、引出電流値を決定する。従って、引出電流値の大きさを制御することができる。 In order to control the distance between the second electrode and the intermediate electrode, a position adjusting unit for adjusting the position of the intermediate electrode may be further provided. According to this configuration, it is possible to adjust the distance between the second electrode and the intermediate electrode. This distance determines the withdrawal current value. Therefore, the magnitude of the withdrawal current value can be controlled.

本発明によれば、要求性能を満たしつつ、引出電流値を増大させることが可能なイオン源装置が提供される。 According to the present invention, there is provided an ion source device capable of increasing the extraction current value while satisfying the required performance.

図１は、本発明の実施形態に係るイオン源装置を備えた粒子加速システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a particle acceleration system including an ion source device according to an embodiment of the present invention. 図２は、第１実施形態に係るイオン源装置の内部構造をＺ軸正方向から見た断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal structure of the ion source device according to the first embodiment as viewed from the Z-axis positive direction. 図３は、実施形態に係るイオン源装置が備えるアノード電極、引出電極及び中間電極との配置と、電位との関係とを模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the arrangement of the anode electrode, the extraction electrode, and the intermediate electrode included in the ion source device according to the embodiment and the potential. 図４は、第２実施形態に係るイオン源装置の内部構造をＺ軸正方向から見た断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the internal structure of the ion source device according to the second embodiment as viewed from the Z-axis positive direction.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るイオン源装置を有する粒子加速システムを示す正面図である。図１に示すように、粒子加速システム１Ａは、イオン源装置１０Ａ、加速器３０、輸送部４０及び支持部５０を備える。以下の説明においては、粒子加速システム１Ａを水平面に載置した状態における装置の上下方向をＺ軸方向とし、後述するイオンの輸送経路Ｐを含む平面内、且つ、Ｚ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とする。粒子加速システム１Ａは、例えばα粒子、陽子、重陽子等のイオンを生成すると共に加速させる。粒子加速システム１Ａは、加速させたイオンを、例えば陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ：Positron Emission Tomography）、中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）等を行う装置に供給する。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a front view showing a particle acceleration system having an ion source device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the particle acceleration system 1A includes an ion source device 10A, an accelerator 30, a transport unit 40, and a support unit 50. In the following description, the vertical direction of the device when the particle acceleration system 1A is placed on a horizontal plane is defined as the Z-axis direction, and the direction in the plane including the ion transport path P described later and perpendicular to the Z-axis direction is defined as the Z-axis direction. The X-axis direction is defined, and the Z-axis direction and the direction perpendicular to the X-axis direction are defined as the Y-axis direction. The particle acceleration system 1A generates and accelerates ions such as α particles, protons, and deuterons. The particle acceleration system 1A supplies the accelerated ions to a device that performs, for example, positron emission tomography (PET), neutron capture therapy (BNCT), or the like.

粒子加速システム１Ａにおいて、イオン源装置１０Ａと加速器３０とは、輸送部４０によって互いに接続される。イオン源装置１０Ａ、加速器３０及び輸送部４０は、ＺＸ平面上に配置される。イオン源装置１０Ａに対してＸ軸正方向側に輸送部４０が配置され、輸送部４０のＺ軸正方向側に加速器３０が配置される。また、イオン源装置１０Ａの下方（Ｚ軸負方向）側に支持部５０が設けられる。粒子加速システム１Ａは、台座Ｓ上に載置される。 In the particle acceleration system 1A, the ion source device 10A and the accelerator 30 are connected to each other by the transport unit 40. The ion source device 10A, the accelerator 30, and the transport unit 40 are arranged on the ZX plane. The transport unit 40 is arranged on the positive side of the X-axis with respect to the ion source device 10A, and the accelerator 30 is arranged on the positive side of the Z-axis of the transport unit 40. Further, the support portion 50 is provided on the lower side (Z-axis negative direction) of the ion source device 10A. The particle acceleration system 1A is mounted on the pedestal S.

イオン源装置１０Ａは、気体分子からプラズマの状態のイオンを生成する装置である。イオン源装置１０Ａは、複数種類のイオンを生成可能である。イオン源装置１０Ａは、例えばヘリウムからα粒子を生成可能であり、また、水素から陽子を生成可能である。なお、イオン源装置１０Ａは、必ずしもα粒子及び陽子を生成可能でなくてもよい。イオン源装置１０Ａの具体的な構成については後述する。 The ion source device 10A is a device that generates ions in a plasma state from gas molecules. The ion source device 10A can generate a plurality of types of ions. The ion source device 10A can generate α particles from helium, for example, and can generate protons from hydrogen. The ion source device 10A does not necessarily have to be able to generate α particles and protons. The specific configuration of the ion source device 10A will be described later.

加速器３０は、イオン源装置１０Ａによって生成されたイオンを加速して、荷電粒子線を作り出す。本実施形態においては、加速器３０として、サイクロトロンを例示している。なお、加速器３０は、サイクロトロンに限定されず、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等であってもよい。 The accelerator 30 accelerates the ions generated by the ion source device 10A to produce a charged particle beam. In this embodiment, a cyclotron is illustrated as the accelerator 30. The accelerator 30 is not limited to the cyclotron, and may be a synchrotron, a synchrocyclotron, a linac, or the like.

加速器３０は、略円筒形状を呈し、その中心軸線Ｌ２がＺ軸方向に延在する向きに配置される。加速器３０は、イオン源装置１０Ａよりも、Ｚ軸方向において高い位置に配置される。加速器３０は、加速されるべきイオンが加速器３０の所定位置に入射されると、そのイオンを加速する。この加速器３０では、加速されるべきイオンは、加速器３０の下面（Ｚ軸負方向の面）側の中心部に開口した入射部３０ａに入射される。なお、加速器３０の中心軸線Ｌ２は、Ｚ軸方向に延在していなくてもよく、例えば、図中に示す粒子加速システム１Ａ全体がＹ軸を中心として９０°回転した状態とされて、中心軸線Ｌ２がＸ軸方向に延在してもよい。また、図中に示す粒子加速システム１Ａ全体がＸ軸を中心として９０°回転した状態とされて、中心軸線Ｌ２がＹ軸方向に延在してもよい。この場合、イオン源装置１０Ａの中心軸線Ｌ１はＸＹ平面内に位置する。 The accelerator 30 has a substantially cylindrical shape, and is arranged in a direction in which its central axis L2 extends in the Z-axis direction. The accelerator 30 is arranged at a higher position in the Z-axis direction than the ion source device 10A. When an ion to be accelerated is incident on a predetermined position of the accelerator 30, the accelerator 30 accelerates the ion. In the accelerator 30, the ions to be accelerated are incident on the incident portion 30a opened in the central portion on the lower surface (Z-axis negative direction surface) side of the accelerator 30. The central axis L2 of the accelerator 30 does not have to extend in the Z-axis direction. For example, the entire particle acceleration system 1A shown in the figure is assumed to be rotated by 90 ° about the Y-axis and is centered. The axis L2 may extend in the X-axis direction. Further, the entire particle acceleration system 1A shown in the figure may be rotated by 90 ° about the X axis, and the central axis L2 may extend in the Y axis direction. In this case, the central axis L1 of the ion source device 10A is located in the XY plane.

輸送部４０は、イオン源装置１０Ａによって生成されたイオンを、イオン源装置１０Ａから加速器３０へ輸送する。輸送部４０は、アインツェルレンズ４１、偏向電磁石４２及びベローズ４３を有する。アインツェルレンズ４１は、輸送されるイオンを収束させる。偏向電磁石４２は、磁場を生成し、当該磁場によって、アインツェルレンズ４１を通過したイオンの輸送方向をＺＸ平面内において曲げる。偏向電磁石４２は、イオンを加速器３０の入射部３０ａへ案内する。 The transport unit 40 transports the ions generated by the ion source device 10A from the ion source device 10A to the accelerator 30. The transport unit 40 has an Einzel lens 41, a deflection electromagnet 42, and a bellows 43. The Einzel lens 41 converges the transported ions. The deflecting electromagnet 42 generates a magnetic field, which bends the transport direction of ions passing through the Einzel lens 41 in the ZX plane. The deflecting electromagnet 42 guides the ions to the incident portion 30a of the accelerator 30.

支持部５０は、イオン源装置１０Ａを支持する機構である。支持部５０は、イオン源装置１０Ａに対して着脱可能な複数の架台である。なお、支持部５０を構成する複数の架台のそれぞれは、輸送部４０に対してイオン源装置１０Ａが互いに異なる取付角度及び取付位置となるように、イオン源装置１０Ａを支持してもよい。すなわち、支持部５０は、これら着脱可能な複数の架台を交換することにより、輸送部４０に対するイオン源装置１０Ａの取付角度及び取付位置を調整可能である。支持部５０は、イオン源装置１０Ａと接続される側とは反対側において、台座Ｓに支持されている。 The support portion 50 is a mechanism for supporting the ion source device 10A. The support portion 50 is a plurality of mounts that can be attached to and detached from the ion source device 10A. Each of the plurality of pedestals constituting the support portion 50 may support the ion source device 10A so that the ion source device 10A has a different mounting angle and mounting position with respect to the transport section 40. That is, the support portion 50 can adjust the mounting angle and mounting position of the ion source device 10A with respect to the transport portion 40 by exchanging the plurality of detachable mounts. The support portion 50 is supported by the pedestal S on the side opposite to the side connected to the ion source device 10A.

以下、イオン源装置１０Ａの構成について詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the ion source device 10A will be described in detail.

イオン源装置１０Ａは、加速器３０の外部に設けられた外部イオン源である。イオン源装置１０Ａは、略円筒形状を呈し、その中心軸線Ｌ１はＺＸ平面内に位置する。イオン源装置１０Ａは、延在方向における一端において、中心軸線Ｌ１に対して斜めに傾斜した端面１０ａを有する。イオン源装置１０Ａは、端面１０ａが略垂直となるように配置される。端面１０ａは、輸送部４０のアインツェルレンズ４１における筐体４１ａのＸ軸負方向側の外面に対向する。イオン源装置１０Ａは、ＺＸ平面内において、端面１０ａ側である一端側が他端側よりもＺ軸方向において高い位置となるように、中心軸線Ｌ１が傾いて配置される。 The ion source device 10A is an external ion source provided outside the accelerator 30. The ion source device 10A has a substantially cylindrical shape, and its central axis L1 is located in the ZX plane. The ion source device 10A has an end face 10a inclined obliquely with respect to the central axis L1 at one end in the extending direction. The ion source device 10A is arranged so that the end faces 10a are substantially vertical. The end surface 10a faces the outer surface of the housing 41a of the Einzel lens 41 of the transport unit 40 on the negative direction side of the X axis. The ion source device 10A is arranged with the central axis L1 tilted so that one end side on the end face 10a side is higher than the other end side in the Z-axis direction in the ZX plane.

図２は、図１のイオン源装置１０Ａの内部構造をＺ軸正方向から見た断面図である。図２に示すように、イオン源装置１０Ａは、真空箱１１、気体分子流路１２、電極１３、電磁石１４、引出電極１５及び中間電極１６を有する。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal structure of the ion source device 10A of FIG. 1 as viewed from the positive direction of the Z axis. As shown in FIG. 2, the ion source device 10A includes a vacuum box 11, a gas molecule flow path 12, an electrode 13, an electromagnet 14, an extraction electrode 15, and an intermediate electrode 16.

真空箱１１は、イオン源装置１０Ａの内部に配置される。真空箱１１は、図示しない真空ポンプと接続されており、その内部を真空状態に保持する。真空箱１１は、気体分子流路１２を介して、内部に原料ガスとしての気体分子を導入する。例えば、イオンとしてα粒子が生成される場合には、気体分子としてヘリウムを用いる。なお、α粒子以外のイオンが生成される場合には、そのイオンに対応した気体分子を用いる。 The vacuum box 11 is arranged inside the ion source device 10A. The vacuum box 11 is connected to a vacuum pump (not shown) and keeps the inside of the vacuum box 11 in a vacuum state. The vacuum box 11 introduces gas molecules as a raw material gas into the inside through the gas molecule flow path 12. For example, when α particles are generated as ions, helium is used as a gas molecule. When ions other than α particles are generated, gas molecules corresponding to the ions are used.

電磁石１４は、真空箱１１内に磁場を形成する。電磁石１４は、Ｙ軸方向において真空箱１１を挟むように対を成して設けられる。これにより、電磁石１４は、真空箱１１内に、Ｙ軸方向に概略沿った方向の磁場を形成する。電磁石１４は、真空箱１１内に形成する磁場の強度を適切に調整することにより、磁場の作用によって真空箱１１内に電子を閉じ込める。 The electromagnet 14 forms a magnetic field in the vacuum box 11. The electromagnets 14 are provided in pairs so as to sandwich the vacuum box 11 in the Y-axis direction. As a result, the electromagnet 14 forms a magnetic field in the vacuum box 11 in a direction substantially along the Y-axis direction. The electromagnet 14 properly adjusts the strength of the magnetic field formed in the vacuum box 11 to confine electrons in the vacuum box 11 by the action of the magnetic field.

電極１３は、アノード電極１３ａ（第２の電極）と、一対のカソード電極１３ｂ，１３ｂ（第１の電極）とを有する。アノード電極１３ａは、Ｙ軸方向視における真空箱１１の中央付近に設けられる。一対のカソード電極１３ｂ，１３ｂは、中心軸線Ｌ１と交差する方向（即ちＹ軸方向）にアノード電極１３ａを挟むように設けられる。 The electrode 13 has an anode electrode 13a (second electrode) and a pair of cathode electrodes 13b and 13b (first electrode). The anode electrode 13a is provided near the center of the vacuum box 11 in the Y-axis direction. The pair of cathode electrodes 13b, 13b are provided so as to sandwich the anode electrodes 13a in the direction intersecting the central axis L1 (that is, the Y-axis direction).

アノード電極１３ａは、Ｙ軸方向に沿った中心軸線Ｌ３を有する円筒状を成し、サポート１７によって真空箱１１に対し支持されて真空箱１１内に設けられる。なお、アノード電極１３ａの中心軸線Ｌ３の方向は、イオン源装置１０Ａの中心軸線Ｌ１に沿った方向としてもよい。アノード電極１３ａの円筒面には、サポート１７に設けられた気体分子流路１２の先端が接続され、気体分子流路１２を介してアノード電極１３ａに気体分子が導入される。また、アノード電極１３ａには、サポート１７に設けられた電気配線１７ａを介して所定の電位が与えられる。例えば、アノード電極１３ａには、正の電位である+１６ｋＶが与えられる。アノード電極１３ａのＹ軸方向に沿った両端面は、カソード電極１３ｂ，１３ｂと対面する。それぞれの両端面の略中央には、カソード電極１３ｂから放出された電子を受け入れるための受入孔部１３ａｂが設けられる。アノード電極１３ａの円筒面には、イオンを引き出すためのスリット１３ａａ（孔部）が設けられる。スリット１３ａａは、中心軸線Ｌ１上に設けられる。 The anode electrode 13a has a cylindrical shape having a central axis L3 along the Y-axis direction, is supported by the support 17 with respect to the vacuum box 11, and is provided in the vacuum box 11. The direction of the central axis L3 of the anode electrode 13a may be the direction along the central axis L1 of the ion source device 10A. The tip of the gas molecule flow path 12 provided on the support 17 is connected to the cylindrical surface of the anode electrode 13a, and gas molecules are introduced into the anode electrode 13a via the gas molecule flow path 12. Further, a predetermined potential is applied to the anode electrode 13a via the electric wiring 17a provided on the support 17. For example, the anode electrode 13a is given a positive potential of + 16 kV. Both end faces of the anode electrode 13a along the Y-axis direction face the cathode electrodes 13b and 13b. A receiving hole portion 13ab for receiving electrons emitted from the cathode electrode 13b is provided at substantially the center of each end surface. A slit 13aa (hole) for drawing out ions is provided on the cylindrical surface of the anode electrode 13a. The slit 13aa is provided on the central axis L1.

カソード電極１３ｂは、例えば熱電子放出によって真空箱１１内に電子を供給する。具体的には、アノード電極１３ａの受入孔部１３ａｂを介して、アノード電極１３ａの内部に電子を供給する。カソード電極１３ｂは、冷却配管１８に接続され、冷却配管１８によって真空箱１１に対し支持されている。カソード電極１３ｂは、冷却配管１８中を流通する冷媒によって冷却される。冷却配管１８と真空箱１１との接点には真空シール１９が配置されている。また、カソード電極１３ｂ，１３ｂには、冷却配管１８に設けられた電気配線１８ａを介して所定の電位が与えられる。 The cathode electrode 13b supplies electrons into the vacuum box 11 by, for example, thermionic emission. Specifically, electrons are supplied to the inside of the anode electrode 13a via the receiving hole portion 13ab of the anode electrode 13a. The cathode electrode 13b is connected to the cooling pipe 18 and is supported by the cooling pipe 18 with respect to the vacuum box 11. The cathode electrode 13b is cooled by the refrigerant flowing through the cooling pipe 18. A vacuum seal 19 is arranged at the contact point between the cooling pipe 18 and the vacuum box 11. Further, a predetermined potential is applied to the cathode electrodes 13b and 13b via the electric wiring 18a provided in the cooling pipe 18.

電極１３においては、一方のカソード電極１３ｂから電子（ｅ⁻）が放出され、一対のカソード電極１３ｂ，１３ｂ間で電子が往復する。この際、電磁石１４により、アノード電極１３ａの円筒軸方向（Ｙ軸方向）に磁場が生成されると、電子は、螺旋運動をしながら、アノード電極１３ａに衝突することなくアノード電極１３ａ内に閉じ込められる。アノード電極１３ａ内において一対のカソード電極１３ｂ，１３ｂ間を往復する電子が、気体分子流路１２により導入されたヘリウム等の気体分子と衝突することで、α粒子等のイオンが生成される。 In the electrode 13, electrons from one of the cathode electrode 13b (e ^-) is released, the pair of cathode electrodes 13b, electrons between 13b reciprocates. At this time, when a magnetic field is generated by the electromagnet 14 in the cylindrical axis direction (Y-axis direction) of the anode electrode 13a, the electrons are confined in the anode electrode 13a without colliding with the anode electrode 13a while spirally moving. Be done. Electrons reciprocating between the pair of cathode electrodes 13b and 13b in the anode electrode 13a collide with gas molecules such as helium introduced by the gas molecule flow path 12, and ions such as α particles are generated.

引出電極１５は、引出電圧が印加されることによって、真空箱１１内からイオンを引き出す。引出電極１５は、印加される引出電圧に対応した引出エネルギで、真空箱１１内からイオンを引き出す。すなわち、真空箱１１から引き出されたイオンは、アノード電極１３ａの電位（Ｖａ）と引出電極１５の電位（Ｖｐ）との電位差（ΔＶ２＝Ｖａ−Ｖｐ）に対応した引出エネルギを有する。 The extraction electrode 15 draws ions out of the vacuum box 11 by applying an extraction voltage. The extraction electrode 15 draws ions out of the vacuum box 11 with extraction energy corresponding to the applied extraction voltage. That is, the ions extracted from the vacuum box 11 have an extraction energy corresponding to the potential difference (ΔV2 = Va−Vp) between the potential (Va) of the anode electrode 13a and the potential (Vp) of the extraction electrode 15.

引出電極１５は、一例として、タングステン製の厚さが４ｍｍ程度である平板であり、アノード電極１３ａから引き出されたイオンを通過させる孔１５ａを有する。孔１５ａは、一例として、高さ１０ｍｍ、幅２０ｍｍの矩形状である。この孔１５ａの中心軸線は、中心軸線Ｌ１に一致する。引出電極１５は、中心軸線Ｌ１に沿ってアノード電極１３ａから第２の距離（Ｄ２：図３参照）だけ離間するようにサポート２１を介して真空箱１１内に配置される。サポート２１は、一端に引出電極１５が取り付けられ、他端は真空シール１９を介して真空箱１１の外部に導かれる。サポート２１には、引出電極１５に所定の電位を与えるための電気配線２１ａが設けられる。引出電極１５には、例えば、接地電位（すなわちゼロ電位）が与えられる。従って、アノード電極１３ａの電位（Ｖａ＝＋１６ｋＶ）と引出電極１５の電位（Ｖｐ＝０ｋＶ）との間において、アノード電極１３ａから見た第２の電位差（ΔＶ２）は、−１６ｋＶであり、真空箱１１から引き出されるイオンはこの第２の電位差（ΔＶ２）に応じた引出エネルギを有する。 As an example, the extraction electrode 15 is a flat plate made of tungsten having a thickness of about 4 mm, and has a hole 15a through which ions extracted from the anode electrode 13a pass. As an example, the hole 15a has a rectangular shape with a height of 10 mm and a width of 20 mm. The central axis of the hole 15a coincides with the central axis L1. The extraction electrode 15 is arranged in the vacuum box 11 via the support 21 so as to be separated from the anode electrode 13a by a second distance (D2: see FIG. 3) along the central axis L1. A drawer electrode 15 is attached to one end of the support 21, and the other end is guided to the outside of the vacuum box 11 via a vacuum seal 19. The support 21 is provided with an electrical wiring 21a for applying a predetermined potential to the extraction electrode 15. The extraction electrode 15 is given, for example, a ground potential (that is, a zero potential). Therefore, the second potential difference (ΔV2) seen from the anode electrode 13a between the potential of the anode electrode 13a (Va = + 16 kV) and the potential of the extraction electrode 15 (Vp = 0 kV) is -16 kV, which is a vacuum box. The ion extracted from 11 has an extraction energy corresponding to this second potential difference (ΔV2).

中間電極１６は、一例として、タングステン製の厚さが３ｍｍ程度である平板であり、アノード電極１３ａから引き出されたイオンを通過させる孔１６ａを有する。孔１６ａは、一例として、高さ１０ｍｍ、幅２０ｍｍの矩形状である。この孔１６ａの中心軸線は、中心軸線Ｌ１に一致する。中間電極１６は、中心軸線Ｌ１に沿ってアノード電極１３ａから第１の距離（Ｄ１：図３参照）だけ離間するようにサポート２１，２２を介して真空箱１１内に配置される。一例として、引出電極１５から中間電極１６までの第３の距離（Ｄ３：図３参照）は、３．５ｍｍ程度である。第１の距離（Ｄ１）は、一例として７ｍｍである。中間電極１６が取り付けられたサポート２２は、絶縁ガイシ２３を介して引出電極１５が取り付けられたサポート２１に取り付けられる。また、サポート２２の他端は、真空シール１９を介して真空箱１１の外部に導かれる。サポート２２には、中間電極１６に所定の電位を与えるための電気配線２２ａが設けられる。中間電極１６には、例えば、負の電位が与えられる。中間電極１６の電位（Ｖｍ）は、アノード電極１３ａの電位（Ｖａ）を基準にすると−１６ｋＶ以上４６ｋＶ以下の値を取り得る。また、中間電極１６の電位（Ｖｍ）は、グランド電位を基準にすると０ｋＶ以上３０ｋＶ以下の値を取り得る。一例として、中間電極１６の電位（Ｖｍ）が−３０ｋＶであるとする。この場合、アノード電極１３ａの電位（Ｖａ＝＋１６ｋＶ）と中間電極１６の電位（Ｖｍ＝−３０ｋＶ）との第１の電位差（ΔＶ１）は、４６ｋＶであり、真空箱１１から引き出されるイオンはこの第１の電位差（ΔＶ１）に応じた引出電流値を有する。 As an example, the intermediate electrode 16 is a flat plate made of tungsten having a thickness of about 3 mm, and has holes 16a through which ions drawn from the anode electrode 13a pass. As an example, the hole 16a has a rectangular shape having a height of 10 mm and a width of 20 mm. The central axis of the hole 16a coincides with the central axis L1. The intermediate electrode 16 is arranged in the vacuum box 11 via the supports 21 and 22 so as to be separated from the anode electrode 13a by a first distance (D1: see FIG. 3) along the central axis L1. As an example, the third distance (D3: see FIG. 3) from the extraction electrode 15 to the intermediate electrode 16 is about 3.5 mm. The first distance (D1) is 7 mm as an example. The support 22 to which the intermediate electrode 16 is attached is attached to the support 21 to which the extraction electrode 15 is attached via the insulating insulator 23. The other end of the support 22 is guided to the outside of the vacuum box 11 via the vacuum seal 19. The support 22 is provided with an electric wiring 22a for applying a predetermined potential to the intermediate electrode 16. For example, a negative potential is applied to the intermediate electrode 16. The potential (Vm) of the intermediate electrode 16 can take a value of -16 kV or more and 46 kV or less with reference to the potential (Va) of the anode electrode 13a. Further, the potential (Vm) of the intermediate electrode 16 can take a value of 0 kV or more and 30 kV or less with reference to the ground potential. As an example, it is assumed that the potential (Vm) of the intermediate electrode 16 is −30 kV. In this case, the first potential difference (ΔV1) between the potential of the anode electrode 13a (Va = + 16 kV) and the potential of the intermediate electrode 16 (Vm = -30 kV) is 46 kV, and the ion drawn from the vacuum box 11 is this first. It has a withdrawal current value corresponding to the potential difference (ΔV1) of 1.

以下、イオン源装置１０Ａの作用効果について詳細に説明する。図３は、実施形態に係るイオン源装置１０Ａが備えるアノード電極１３ａ、引出電極１５及び中間電極１６との配置と、電位との関係とを模式的に示す図である。 Hereinafter, the action and effect of the ion source device 10A will be described in detail. FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the arrangement of the anode electrode 13a, the extraction electrode 15 and the intermediate electrode 16 included in the ion source device 10A according to the embodiment and the potential.

図３に示されるように、引出電極１５は、アノード電極１３ａに対して中心軸線Ｌ１に沿って第２の距離（Ｄ２）だけ離間する。中間電極１６は、アノード電極１３ａに対して中心軸線Ｌ１に沿って第１の距離（Ｄ１）だけ離間する。そしてアノード電極１３ａの電位（Ｖａ）は一例として＋１６ｋＶであり、引出電極１５の電位（Ｖｐ）は一例としてゼロであり、中間電極１６の電位（Ｖｍ）は一例として−３０ｋＶである。従って、アノード電極１３ａと中間電極１６との第１の電位差（ΔＶ１）は、４６ｋＶであり、アノード電極１３ａと引出電極１５との第２の電位差（ΔＶ２）は、１６ｋＶであり、中間電極１６と引出電極１５と第３の電位差（ΔＶ３）は、３０ｋＶである。ここで、第１の電位差（ΔＶ１）は、イオン源装置１０Ａに要求される引出電流値を満たすように設定される。また、第２の電位差（ΔＶ２）は、イオン源装置１０Ａに要求される引出エネルギを満たすように設定される。 As shown in FIG. 3, the extraction electrode 15 is separated from the anode electrode 13a by a second distance (D2) along the central axis L1. The intermediate electrode 16 is separated from the anode electrode 13a by a first distance (D1) along the central axis L1. The potential (Va) of the anode electrode 13a is + 16 kV as an example, the potential (Vp) of the extraction electrode 15 is zero as an example, and the potential (Vm) of the intermediate electrode 16 is -30 kV as an example. Therefore, the first potential difference (ΔV1) between the anode electrode 13a and the intermediate electrode 16 is 46 kV, and the second potential difference (ΔV2) between the anode electrode 13a and the extraction electrode 15 is 16 kV, which is different from that of the intermediate electrode 16. The lead electrode 15 and the third potential difference (ΔV3) are 30 kV. Here, the first potential difference (ΔV1) is set so as to satisfy the extraction current value required for the ion source device 10A. The second potential difference (ΔV2) is set so as to satisfy the extraction energy required for the ion source device 10A.

まず、アノード電極１３ａの内部で生成されたイオンは、第１の電位差（ΔＶ１）に基づいて、アノード電極１３ａのスリット１３ａａから引き出される。この引き出されたイオンは、第１の電位差（ΔＶ１）に基づく引出エネルギと引出電流値とを有する。ここで、引出エネルギとは、個々のイオンが有する速度に対応する速度エネルギとも言える。また、引出電流値とは、スリット１３ａａから引き出されるイオンの数であるとも言える。換言すると、第１の電位差（ΔＶ１）に基づいて加速されることにより所定の速度エネルギが与えられたイオンが、第１の電位差（ΔＶ１）に基づく数だけアノード電極１３ａから引き出される。ここで、第１の電位差（ΔＶ１）は、第２の電位差（ΔＶ２）よりも大きい。従って、引出エネルギ及び引出電流値は、中間電極１６を設けない場合よりも大きくなる。 First, the ions generated inside the anode electrode 13a are drawn out from the slit 13aa of the anode electrode 13a based on the first potential difference (ΔV1). The extracted ions have an extraction energy and an extraction current value based on the first potential difference (ΔV1). Here, the extraction energy can also be said to be the velocity energy corresponding to the velocity of each ion. Further, it can be said that the extraction current value is the number of ions extracted from the slit 13aa. In other words, the number of ions to which a predetermined velocity energy is given by being accelerated based on the first potential difference (ΔV1) is drawn out from the anode electrode 13a by the number based on the first potential difference (ΔV1). Here, the first potential difference (ΔV1) is larger than the second potential difference (ΔV2). Therefore, the extraction energy and extraction current values are larger than those in the case where the intermediate electrode 16 is not provided.

イオンは、中間電極１６の孔１６ａを通過して、中間電極１６と引出電極１５との間の領域に到達する。この領域では、第２の電位差（ΔＶ２）に基づいてイオンの特性が変化する。 The ions pass through the holes 16a of the intermediate electrode 16 and reach the region between the intermediate electrode 16 and the extraction electrode 15. In this region, the characteristics of the ions change based on the second potential difference (ΔV2).

まず、孔１６ａを通過した後に引出電極１５の孔１５ａを通過して真空箱１１から引き出されるイオンの数は、第３の電位差（ΔＶ３）よって増減することはない。従って、引出電流値は、第１の電位差（ΔＶ１）の影響を受けるが、第３の電位差（ΔＶ３）の影響は受けないので、引出電極１５の存在は、最終的な引出電流値の大きさに影響を与えない。このため、中間電極１６を設けない場合よりも大きくされた引出電流値は維持される。 First, the number of ions extracted from the vacuum box 11 after passing through the hole 16a and then passing through the hole 15a of the extraction electrode 15 does not increase or decrease due to the third potential difference (ΔV3). Therefore, the extraction current value is affected by the first potential difference (ΔV1), but is not affected by the third potential difference (ΔV3). Therefore, the presence of the extraction electrode 15 is the magnitude of the final extraction current value. Does not affect. Therefore, the extraction current value that is larger than that in the case where the intermediate electrode 16 is not provided is maintained.

一方、個々のイオンは第３の電位差（ΔＶ３）に基づいて減速され、最終的に、第２の電位差（ΔＶ２）に基づく速度に収束する。すなわち、引出エネルギは、結果的に第２の電位差（ΔＶ２）に基づく大きさに収束する。このため、中間電極１６によって要求値よりも大きくされた引出エネルギは、要求値に収束する。従って、引出エネルギの点からみれば、中間電極１６の存在は、結果的に引出エネルギの大きさに影響を与えない。 On the other hand, the individual ions are decelerated based on the third potential difference (ΔV3) and finally converge to the velocity based on the second potential difference (ΔV2). That is, the extraction energy eventually converges to a magnitude based on the second potential difference (ΔV2). Therefore, the extraction energy made larger than the required value by the intermediate electrode 16 converges to the required value. Therefore, in terms of extraction energy, the presence of the intermediate electrode 16 does not affect the magnitude of extraction energy as a result.

従って、中間電極１６を設けることにより、引出エネルギの要求値を満たしながら、引出電流値を増加させることができる。 Therefore, by providing the intermediate electrode 16, the extraction current value can be increased while satisfying the required value of the extraction energy.

ここで、イオン源装置１の引出電流値は、空間電荷制限電流密度に依存する。空間電荷制限電流密度は、チャイルド・ラングミュアーの法則（Child-Langmuirの法則）によれば、下記式（１）により示される。式（１）によれば、空間電荷制限電流密度は、電圧値の３／２乗倍である。

Ｊ_ＣＬ：空間電荷制限電流密度
Ｖ：引出電圧
ｄ：電極間距離
式（１）によれば、引出電流値を大きくするためには、電極間距離（ｄ）を小さくする、或いは、引出電圧（Ｖ）を大きくすることが考えられる。しかし、電極間距離（ｄ）は、絶縁破壊やイオンビームのエミッタンスの点から取り得る値は制限される。また、引出電圧（Ｖ）は、本実施形態における第２の電位差（ΔＶ２）に対応する。第２の電位差（ΔＶ２）は、引出エネルギから決定される。 Here, the extraction current value of the ion source device 1 depends on the space charge limiting current density. According to Child-Langmuir's law, the space charge limiting current density is expressed by the following equation (1). According to the equation (1), the space charge limiting current density is 3/2 times the voltage value.

J _CL : Space charge limiting current density V: Extraction voltage d: Distance between electrodes According to the equation (1), in order to increase the extraction current value, the distance between electrodes (d) is reduced or the extraction voltage (extraction voltage) It is conceivable to increase V). However, the value of the distance between electrodes (d) is limited in terms of dielectric breakdown and ion beam emittance. Further, the extraction voltage (V) corresponds to the second potential difference (ΔV2) in the present embodiment. The second potential difference (ΔV2) is determined from the extraction energy.

そこで、このイオン源装置１０Ａによれば、アノード電極１３ａが画成する領域で生成されたイオンは、アノード電極１３ａと中間電極１６との電位差（ΔＶ１）に対応する引出電流値と引出エネルギをもってスリット１３ａａから引き出される。そして、中間電極１６と引出電極１５との間において、引出エネルギが中間電極１６と引出電極１５との電位差（ΔＶ３）に対応するように変化するが、引出電流値は中間電極１６と引出電極１５との電位差（ΔＶ３）に関係なく維持される。従って、引出エネルギは、アノード電極１３ａと引出電極１５との間の第２の電位差（ΔＶ２）に基づいて決定される。この第２の電位差（ΔＶ２）は、要求される引出エネルギを満たすように決定することができる。一方、引出電流値は、アノード電極１３ａと中間電極１６との間の第１の電位差（ΔＶ１）に基づいて決定される。従って、引出電流値を決定する電位差（ΔＶ１）を、引出エネルギを決定する電位差（ΔＶ２）に左右されることなく設定することが可能になる。そして、第１の電位差（ΔＶ１）は、第２の電位差（ΔＶ２）よりも大きいので、引出エネルギに基づく電位差（ΔＶ２）により決定される引出電流値よりも増大させることができる。これにより、要求される引出エネルギを満たしつつ、引出電流量を増大させることができる。 Therefore, according to the ion source device 10A, the ions generated in the region defined by the anode electrode 13a are slit with the extraction current value and the extraction energy corresponding to the potential difference (ΔV1) between the anode electrode 13a and the intermediate electrode 16. It is pulled out from 13aa. Then, the extraction energy changes between the intermediate electrode 16 and the extraction electrode 15 so as to correspond to the potential difference (ΔV3) between the intermediate electrode 16 and the extraction electrode 15, but the extraction current value is between the intermediate electrode 16 and the extraction electrode 15. It is maintained regardless of the potential difference (ΔV3) with. Therefore, the extraction energy is determined based on the second potential difference (ΔV2) between the anode electrode 13a and the extraction electrode 15. This second potential difference (ΔV2) can be determined to satisfy the required extraction energy. On the other hand, the extraction current value is determined based on the first potential difference (ΔV1) between the anode electrode 13a and the intermediate electrode 16. Therefore, the potential difference (ΔV1) that determines the extraction current value can be set without being influenced by the potential difference (ΔV2) that determines the extraction energy. Since the first potential difference (ΔV1) is larger than the second potential difference (ΔV2), it can be increased from the extraction current value determined by the potential difference (ΔV2) based on the extraction energy. As a result, the amount of extraction current can be increased while satisfying the required extraction energy.

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るイオン源装置について説明する。図４に示されるように、イオン源装置１０Ｂは、引出電流値を調整可能な点で、第１実施形態のイオン源装置１０Ａと相違する。イオン源装置１０Ｂは、電位調整部２４と、位置調整部２６とを有する。 <Second Embodiment>
Next, the ion source device according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the ion source device 10B differs from the ion source device 10A of the first embodiment in that the extraction current value can be adjusted. The ion source device 10B has a potential adjusting unit 24 and a position adjusting unit 26.

電位調整部２４は、電源６０と中間電極１６とを接続する電気配線２２ａの途中に設けられる。電位調整部２４は、中間電極１６に与える電位を調整する。中間電極１６の電位（Ｖｍ）が変わると、第１の電位差（ΔＶ１）が変わる。第１の電位差（ΔＶ１）は、既に述べたように引出電流値に影響する。従って、電位調整部２４によれば、引出電流値を制御することができる。例えば、電位調整部２４によれば、中間電極１６を設けない場合に対して、引出電流値を１倍以上３倍以下程度の範囲において制御することができる。 The potential adjusting unit 24 is provided in the middle of the electrical wiring 22a that connects the power supply 60 and the intermediate electrode 16. The potential adjusting unit 24 adjusts the potential given to the intermediate electrode 16. When the potential (Vm) of the intermediate electrode 16 changes, the first potential difference (ΔV1) changes. The first potential difference (ΔV1) affects the withdrawal current value as described above. Therefore, according to the potential adjusting unit 24, the extraction current value can be controlled. For example, according to the potential adjusting unit 24, the extraction current value can be controlled in a range of about 1 time or more and 3 times or less as compared with the case where the intermediate electrode 16 is not provided.

引出電流値は、既に述べたように空間電荷制限電流密度に依存する。空間電荷制限電流密度を示すチャイルド・ラングミュアーの法則によると、引出電流値は、アノード電極１３ａと中間電極１６と第１の電位差（ΔＶ１）に加えて、アノード電極１３ａと中間電極１６との間の距離（Ｄ１）にも依存する。具体的には、引出電流値を増加させるためには、距離（Ｄ１）を小さくすればよく、引出電流値を減少させるためには、距離（Ｄ１）を大きくすればよい。そこで、位置調整部２６を用いてアノード電極１３ａに対する中間電極１６の位置を調整する。位置調整部２６は、一例として中心軸線Ｌ１に沿った方向に１０ｍｍ程度のストロークを有する。位置調整部２６によれば、中間電極１６を設けない場合に対して、引出電流値をある程度の倍率の範囲において制御することができる。 The withdrawal current value depends on the space charge limiting current density as described above. According to Child Langmuir's law, which indicates the space charge limiting current density, the extraction current value is between the anode electrode 13a and the intermediate electrode 16 and the first potential difference (ΔV1), as well as between the anode electrode 13a and the intermediate electrode 16. It also depends on the distance (D1) of. Specifically, in order to increase the withdrawal current value, the distance (D1) may be decreased, and in order to decrease the withdrawal current value, the distance (D1) may be increased. Therefore, the position adjusting unit 26 is used to adjust the position of the intermediate electrode 16 with respect to the anode electrode 13a. As an example, the position adjusting unit 26 has a stroke of about 10 mm in the direction along the central axis L1. According to the position adjusting unit 26, the extraction current value can be controlled within a certain magnification range as compared with the case where the intermediate electrode 16 is not provided.

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail above based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.

例えば、上記実施形態では、正のイオンが引き出される場合を例に説明した。実施形態のイオン源装置は、負のイオンが引き出される構成であってもよい。この場合には、アノード電極１３ａに負の電位が与えられ、中間電極１６に正の電位が与えられ、引出電極１５にはゼロの電位が与えられる。このような構成であっても、上記実施形態と同様に、引出エネルギの要求値を満たしながら、引出電流値を増加させることができる。 For example, in the above embodiment, the case where positive ions are extracted has been described as an example. The ion source device of the embodiment may have a configuration in which negative ions are extracted. In this case, a negative potential is applied to the anode electrode 13a, a positive potential is applied to the intermediate electrode 16, and a zero potential is applied to the extraction electrode 15. Even with such a configuration, the extraction current value can be increased while satisfying the required value of the extraction energy, as in the above embodiment.

また、上記実施形態では、アノード電極１３ａの電位を＋１６ｋＶとし、中間電極１６の電位を−３０ｋＶとし、引出電極１５の電位をゼロとしたが、これらの大きさに限定されない。アノード電極１３ａの電位（Ｖａ）、中間電極１６の電位（Ｖｍ）、及び引出電極１５の電位（Ｖｐ）は、第１の電位差（ΔＶ１）と第２の電位差（ΔＶ２）との関係（ΔＶ１＞ΔＶ２）を満たす所望の値としてよい。 Further, in the above embodiment, the potential of the anode electrode 13a is +16 kV, the potential of the intermediate electrode 16 is -30 kV, and the potential of the extraction electrode 15 is zero, but the size is not limited to these. The potential (Va) of the anode electrode 13a, the potential (Vm) of the intermediate electrode 16, and the potential (Vp) of the extraction electrode 15 are the relationship between the first potential difference (ΔV1) and the second potential difference (ΔV2) (ΔV1>. It may be a desired value satisfying ΔV2).

１Ａ…粒子加速システム、１０Ａ，１０Ｂ…イオン源装置、１１…真空箱、１２…気体分子流路、１３…電極、１３ａ…アノード電極、１３ａａ…スリット、１３ａｂ…受入孔部、１３ｂ…カソード電極、１４…電磁石、１５…引出電極、１５ａ…孔、１６…中間電極、１６ａ…孔、１７，２１，２２…サポート、１７ａ，１８ａ，２１ａ，２２ａ…電気配線、１８…冷却配管、１９…真空シール、２３…絶縁ガイシ、２４…電位調整部、２６…位置調整部、３０…加速器、４０…輸送部、５０…支持部、６０…電源。 1A ... particle acceleration system, 10A, 10B ... ion source device, 11 ... vacuum box, 12 ... gas molecule flow path, 13 ... electrode, 13a ... anode electrode, 13aa ... slit, 13ab ... receiving hole, 13b ... cathode electrode, 14 ... Electromagnet, 15 ... Drawer electrode, 15a ... Hole, 16 ... Intermediate electrode, 16a ... Hole, 17,21,22 ... Support, 17a, 18a, 21a, 22a ... Electrical wiring, 18 ... Cooling pipe, 19 ... Vacuum seal , 23 ... Insulation vacuum, 24 ... Potential adjustment unit, 26 ... Position adjustment unit, 30 ... Accelerator, 40 ... Transport unit, 50 ... Support unit, 60 ... Power supply.

Claims

電子を放出し、第１のサポートを介して真空箱に支持される一対の第１の電極と、
前記電子が閉じ込められると共に原料ガスが供給される領域を前記一対の第１の電極の間に画成し、前記電子と前記原料ガスとが衝突して発生したイオンが引き出される孔部を有する第２の電極と、
前記第２の電極との間で電位差を形成するように、前記第２の電極から引き出された前記イオンの引出方向に沿って前記第２の電極から離間して配置され、第２のサポートを介して前記真空箱に支持される引出電極と、
前記第２の電極と前記引出電極との間に設けられ、一方の前記第１のサポートと前記第２のサポートとの間に配置されて絶縁部材を介して前記第２のサポートに取り付けられた第３のサポートを介して前記真空箱に支持される中間電極と、
前記中間電極の電位を、前記第２の電極から引き出されたイオンの引出電流値を増大するように調整する電位調整部と、を備え、
前記第２の電極と前記中間電極との間の第１の電位差は、前記第２の電極と前記引出電極との間の第２の電位差よりも大きい、イオン源装置。 A pair of first electrodes that emit electrons and are supported by a vacuum box via a first support ,
A region in which the electrons are confined and the raw material gas is supplied is defined between the pair of the first electrodes, and the electron and the raw material gas collide with each other to draw out the generated ions. 2 electrodes and
A second support is provided so as to form a potential difference with the second electrode so as to be separated from the second electrode along the drawing direction of the ions drawn from the second electrode. With the extraction electrode supported by the vacuum box via
It is provided between the second electrode and the drawer electrode, is arranged between the first support and the second support, and is attached to the second support via an insulating member. An intermediate electrode supported by the vacuum box via a third support ,
A potential adjusting unit for adjusting the potential of the intermediate electrode so as to increase the withdrawal current value of the ions drawn from the second electrode is provided.
An ion source device in which the first potential difference between the second electrode and the intermediate electrode is larger than the second potential difference between the second electrode and the extraction electrode.

前記第２の電極の電位は、正の電位であり、
前記中間電極の電位は、負の電位であり、
前記引出電極の電位は、接地電位である、請求項１に記載のイオン源装置。 The potential of the second electrode is a positive potential and
The potential of the intermediate electrode is a negative potential.
The ion source device according to claim 1, wherein the potential of the extraction electrode is a ground potential.

前記第２の電極と前記中間電極との間の距離を制御するために、前記中間電極の位置を調整する位置調整部をさらに備える、請求項１又は２に記載のイオン源装置。 The ion source device according to claim 1 or 2, further comprising a position adjusting unit for adjusting the position of the intermediate electrode in order to control the distance between the second electrode and the intermediate electrode.