WO2015086852A1 - Source d'ions a resonance cyclotronique electronique - Google Patents

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WO2015086852A1
WO2015086852A1 PCT/EP2014/077776 EP2014077776W WO2015086852A1 WO 2015086852 A1 WO2015086852 A1 WO 2015086852A1 EP 2014077776 W EP2014077776 W EP 2014077776W WO 2015086852 A1 WO2015086852 A1 WO 2015086852A1
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WO
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support ring
wall
magnet
magnets
plate
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Application number
PCT/EP2014/077776
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English (en)
Inventor
Pascal Sortais
Julien ANGOT
Thierry Lamy
Patrick SOLE
Josua JACOB
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
Application filed by Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Centre National De La Recherche Scientifique
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

Definitions

  • the present application relates to an ion source with electron cyclotron resonance.
  • the ion sources find many applications in the field of ion implantation, microgravure and particle accelerators used in the medical and scientific field.
  • FIG. 1 partially and in section shows an example of a filament ion source as described in the patent application EP0439220.
  • the source comprises a support plate 1 to which is fixed the end of a cylinder 2.
  • the other end of the cylinder 2 carries an arc chamber 4.
  • the arc chamber 4 comprises an ion extraction slot 6, a filament 8, a gas inlet 10 and a repulsive electrode 12.
  • the metal to be ionized 14 is placed in the arc chamber 4 on a support 16.
  • polarization means (not shown) of the elements of the ion source and a gas supply (not shown) pass through the support plate 1.
  • the support plate is adapted to be assembled in a sealed manner to a vacuum chamber 26.
  • the ion source is sufficiently simple and compact for the elements constituting it to be arranged in the vacuum chamber 26. Elements of the high voltage polarized ion source, that is to say several tens of kV, are thus advantageously isolated by vacuum.
  • ECR Electro Cyclotron Resonance
  • FIG. 1 An example of such a complex ECR source is illustrated in FIG.
  • FIG. 2 is a partial reproduction of FIG. 1 of the patent application FR2680275 representing an ECR ion source for producing multicharged ions.
  • the ion source comprises:
  • a gas supply 10 of the plasma chamber and a system 52 for generating a high frequency wave, the wave being injected into the plasma chamber 32 via a coupling cavity 54 disposed at one end of the waveguide 50.
  • the end of the waveguide 50 on the opposite side to the coupling cavity 54, comprises a plate 56 open at its center.
  • An extraction electrode 46 supported by an insulating structure 58 is disposed beyond the plate 56.
  • the magnets 36a and 36b surrounding the plasma chamber are bulky and are arranged outside the vacuum chamber 26.
  • the magnets 36a and 36b are polarized at high voltage and being exposed to the air, it is necessary to provide a large area security 60 around the magnets 36a and 36b, that is to say around the source.
  • an embodiment provides an electron cyclotron resonance ion generating device comprising a platen to which a plasma chamber and a removable magnetic module are coupled surrounding the plasma chamber to produce a magnetic field in the plasma chamber, the plasma chamber, the plasma chamber and the plasma chamber. device being adapted to be placed in a vacuum chamber, the plate being mounted in a sealed manner on the vacuum chamber.
  • the removable magnetic module comprises at least one support ring provided with a central cylindrical opening of the same perimeter as the outer perimeter of the plasma chamber, the or each support ring having a cylindrical outer wall and a cylindrical inner wall. and concentric to one axis; and magnet receptacles around the central opening between the outer wall and the inner wall.
  • the removable magnetic module comprises a single support ring whose magnet receptacles each receive a permanent magnet, the magnetization vector of the permanent magnets being parallel to the axis.
  • a shim of a non-magnetic material is disposed in each magnet receptacle on the downstream side with respect to the propagation direction of the ions.
  • a shim of a non-magnetic material is disposed in each magnet receptacle on the upstream side with respect to the propagation direction of the ions.
  • the removable magnetic module comprises two stacked support rings, a first support ring being disposed on the downstream side of the module with respect to the propagation direction of the ions and comprising first magnet receptacles each receiving a first permanent magnet, a second support ring being disposed on the upstream side of the module and comprising second magnet receptacles each receiving a second permanent magnet, the magnetization vectors of the first magnets being opposite to the magnetization vectors of the second magnets, the magnetization vectors of the first magnets; and second magnets being parallel to the axis.
  • the height of the second support ring is greater than the height of the first support ring.
  • the removable magnetic module comprises three stacked support rings among which a first support ring is disposed on the downstream side of the module with respect to the propagation direction of the ions and comprises first magnet receptacles each receiving a first permanent magnet; a second support ring is disposed on the upstream side of the module and comprises second magnet receptacles each receiving a second permanent magnet; and a third support ring is disposed between the first and the second support ring and comprises third magnet receptacles each accommodating two third permanent magnets and alternately a fourth, fifth, sixth and seventh permanent magnet, the magnetization vector of the first and sixth magnets being directed from the outer wall to the inner wall of the third ring, the magnetization vector of the second and fourth magnets being directed from the inner wall to the outer wall of the third support ring, the magnetization vector third magnets being directed in the direction of propagation of the ions and the magnetization vector of the fifth and seventh magnets being directed substantially to the fourth magnet of a third adjacent receptacle.
  • the removable magnetic module comprises a cylindrical intermediate partition disposed between the outer and inner walls of the third support ring, the intermediate partition and the outer wall of the third support ring being concentric, the intermediate partition separating each third receptacle. magnetizing in two sub-receptacles, an external sub-receptacle between the intermediate partition and the outer wall of the third ring accommodating two third magnets; and an inner sub-receptacle between the intermediate wall and the inner wall of the third ring alternately receiving a fourth, fifth, sixth, or seventh magnet, a partition wall orthogonal to the ion beam and connecting the intermediate wall and the outer wall of the third support ring separating the two third magnets of the same external sub-receptacle.
  • the heights of the first and second support rings are equal to 10%, each of these heights being less than the height of the third support ring.
  • two support rings are separated from one another by an intermediate plate.
  • the removable magnetic module has a height equal to 10% near the height of the plasma chamber, the removable magnetic module being closed on the upstream side and the downstream side with respect to the direction of propagation of the ions, respectively by an upstream plate and a downstream plate.
  • the device further comprises a mounting flange; electrically insulating pillars, each pillar having a first end attached to the plate and a second end attached to the mounting flange; and first fastening means adapted to removably mount the removable magnetic module on the mounting flange.
  • the device further comprises first and second insulating rods fixed perpendicularly to the mounting collar, the length of the second rods being greater than the length of the first rods; and second securing means adapted to removably mount a first electrode and a second electrode respectively on the ends of the first rods and on the ends of the second rods, the first and second electrodes being circular and their edges having recesses to respectively allow the passage of the second rods and access to the second fastening means.
  • the first fastening means and the second fastening means are screws.
  • FIG. 1, previously described, is a partial reproduction of FIG. 2 of the patent application EP0439220;
  • Figure 2 described above, is a partial reproduction of Figure 1 of the patent application FR2680275;
  • Figure 3 is a schematic longitudinal sectional view of an embodiment of an electron cyclotron resonance ion source
  • Figure 4 is an exploded perspective view of a portion of the ion source of Figure 3;
  • FIGS. 5A to 5C are schematic views illustrating a first embodiment of a removable magnetic module
  • Figures 5D and 5E are schematic sectional views of Figure 5A illustrating two alternative embodiments of the first embodiment
  • FIGS. 6A to 6D are schematic views illustrating a second embodiment of a removable magnetic module.
  • FIGS. 7A to 7E are schematic views illustrating a third embodiment of a removable magnetic module.
  • upstream and downstream are used with reference to the propagation direction of the ions extracted from a plasma chamber considered here.
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of an embodiment of an ECR ion source ("Electron Cyclotron Resonance" - cyclotron resonance electronic).
  • the source comprises an assembly consisting of a plasma chamber 90, extraction electrodes 92 and 94 and a removable magnetic module 96. This assembly is connected to a support plate 98.
  • the support plate 98 is adapted to be mounted in a sealed manner on a vacuum chamber 100 so that the chamber-magnetic module assembly can be arranged in the vacuum chamber.
  • the support plate 98 may be circular and may have an axis of symmetry 102.
  • An annular seal groove 104 is formed at the periphery of the support plate 98, on the side of the downstream face of the plate.
  • the seal groove 104 comprises means for sealing between the support plate 98 and the vacuum chamber 100, for example an O-ring.
  • the diameter of the support plate 98 may be between 50 and 400 mm.
  • the plasma chamber 90 is cylindrical and is centered on the axis 102.
  • the plasma chamber 90 comprises:
  • the enclosure 108 is integral with a mounting flange 114.
  • the elements constituting the plasma chamber 90 are made of metal.
  • the height of the chamber may be between 10 and 1000 mm, for example 45 mm.
  • the diameter of the chamber may be between 1 and 1000 mm, for example 41 mm.
  • the removable magnetic module 96 has the shape of a ring surrounding the chamber.
  • the magnetic module 96 abuts on the mounting flange 114, and is fixed thereto by fixing means 116, for example screws, so as to be held in position or released, as will be described in more detail in relation to FIG. 4.
  • the height of the removable magnetic module is substantially equal to the height of the plasma chamber.
  • Extraction electrodes 92 and 94 are arranged one behind the other downstream of the plasma chamber 90. Each electrode consists of a conductive plate provided with a central opening aligned along the axis 102 with the extraction opening 112.
  • the extraction electrodes 92 and 94 are respectively fixed to insulating rods 118 and 120 by means of fastening means 122.
  • the insulating rods 118 and 120 are fixed orthogonally to the mounting flange 114, for example on insulating blocks 124 themselves attached to the outer edge of the flange 114.
  • the fastening means 122 for example screws, are adapted to maintain in position or to release the extraction electrodes 92 and 94 to release the magnetic module 96.
  • the extraction electrodes 92 and 94 are made of metal.
  • the assembly consisting of the plasma chamber 90, the removable magnetic module 96 and the extraction electrodes 92 and 94 is connected to the support plate 98 for example by means of insulating pillars 126.
  • a gas supply duct 128 passes through the support plate 98.
  • the downstream end of the duct is connected to a feed tunnel 130 passing through the block 113 and opening into the plasma chamber.
  • the upstream portion of the gas supply duct is made of an electrically insulating material. The flow rate of gas is controlled to ensure in the chamber conditions for forming a plasma.
  • a microwave wave propagation means 132 passes through the support plate 98.
  • the downstream end of the propagation means 132 is connected to a propagation element 134 propagating the microwave wave through the block 113 into the plasma chamber 90.
  • the downstream and upstream parts of the propagation means 132 are electrically insulated from one another, for example by a coupler 135.
  • the propagation means 132 of the microwave is a coaxial cable or a waveguide.
  • the frequency of the microwave may be between 0.3 and 100 GHz, for example 5.8 GHz.
  • Two conductors 136 and 138 pass through the plate 98 and make it possible respectively to apply a high voltage VI to the plasma chamber and a high voltage V2 to the extraction electrode 92.
  • Voltage VI can be between 50 V and 200 kV, for example 40 kV.
  • the voltage V2 is lower than the voltage V1 and can be between 40 V and 180 kV, for example 30 kV.
  • the support plate is grounded.
  • the plasma chamber may be cooled by an insulating heat transfer fluid circulating in the mounting flange 114.
  • Heat transfer fluid conduits (not shown) pass through the support plate.
  • the heat transfer fluid may be air or deionized water.
  • the ion source is compact enough to be inserted into the vacuum chamber 100.
  • the connections to the gas supply duct, by means of microwave propagation, to the conductive elements and the heat-transfer fluid supply ducts are disposed on the upstream side of the support plate 98.
  • the ion source can easily be put in place or disassembled in one piece with the support plate 98.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of part of an embodiment of the ion source of FIG. 3. It shows the removable magnetic module 96, the electrodes 92 and 94 and the plasma chamber. 90 mounted on the flange 114.
  • the electrodes 92 and 94 are then mounted on the rods 118 and 120 respectively.
  • Each of the electrodes 92 and 94 has the shape of a disk whose outer edge has recesses 148, the recesses 148 of the electrode 92 allowing the passage of the rods 120.
  • the electrodes 92 and 94 are fixed by screws 122 to the rods 118 and 120, the screws 122 passing through holes 149 drilled at the periphery of the electrodes.
  • the electrodes 92 and 94 are removed and the magnetic module is released by removing the screws 116.
  • FIGS. 5A to 5C schematically represent a first embodiment of the removable magnetic module 96.
  • FIGS. 5B and 5C are diagrammatic sectional views of the magnetic module 96 of FIG. 5A respectively along the sectional planes BB and CC, the plane BB being orthogonal to the axis of symmetry 102 of the magnetic module and the plane CC including the axis 102.
  • the sectional view of Figure 5B is seen from downstream to upstream.
  • FIGS. 5A and 5C and in the following figures corresponding, it is considered that the ions are extracted upwards, which corresponds to the downstream side of the module.
  • the magnetic module 96 comprises a ring 150 for supporting magnets.
  • the support ring 150 is closed on the downstream side and the upstream side respectively by a downstream plate 152 and by an upstream plate 154.
  • the support ring 150 has an inner wall 156 and an outer wall 158.
  • the walls are in the form of a straight cylinder. polygonal section and are concentric with the axis 102.
  • Radial partitions 160 orthogonal to the upstream and downstream plates regularly connect the inner wall 156 to the outer wall 158 thus forming receptacles for permanent magnets 162.
  • the ring support 150 comprises eight magnet receptacles.
  • the permanent magnets 162 surround the opening 146 in the center of the magnetic module 96. Each permanent magnet 162 extends between the downstream plate 152 and the upstream plate 154 so that its magnetization vector is aligned with the axis 102, directed from the upstream plate 154 to the downstream plate 152 in the example shown.
  • the magnetic field obtained in the plasma chamber 90 is an axially symmetrical field along the axis 102.
  • the electronic cyclotron resonance conditions a plasma is obtained in the center of the plasma chamber 90 for generating positive and negative monocharged ions.
  • FIGS. 5D and 5E are diagrammatic sectional views along the plane of FIG. 5C illustrating two variants of the first embodiment described with reference to FIGS. 5A to 5C.
  • shims 164 made of a non-magnetic material, for example a plastic material, are arranged in the magnet receptacles of the support ring 150, respectively on the plate side. downstream 152 and the side of the upstream plate 154.
  • Each permanent magnet 162 extends between a shim 164 and, respectively, the upstream plate 154 and the downstream plate 152.
  • the position of the resonance in the chamber is optimized to promote the generation of a positive ion flux or negative.
  • FIGS. 6A to 6D show schematically a second embodiment of the magnetic module 96.
  • FIGS. 6B, 6C and 6D are schematic sectional views of the magnetic module 96 of FIG. 6A respectively along the sectional planes BB, CC and DD.
  • the planes BB and CC are orthogonal to the axis of symmetry 102 of the magnetic module and the plane DD includes the axis 102.
  • the sectional views of FIGS. 6B and 6C are seen from downstream to upstream.
  • the magnetic module 96 consists of a stack comprising the following successive elements:
  • the downstream 170 and upstream 178 plates close the magnetic module respectively on the downstream side and on the upstream side.
  • the intermediate plate 174 separates the support rings 172 and 176 1 from each other.
  • the support rings 172 and 176 each have an inner wall 180 and an outer wall 182, the walls being cylindrical and concentric with the axis 102. Radial partitions 184 orthogonal to the upstream and downstream plates regularly connect the inner wall 180 to the outer wall 182 thus forming receptacles for permanent magnets. Permanent magnets 186 and 188 are held in place in the support rings 172 and 176 respectively.
  • each of the support rings 172 and 176 comprises eight magnet receptacles. The height of the support ring 176 along the axis 102 is greater than the height of the support ring 172.
  • Each permanent magnet 186 extends between the downstream plate 170 and the intermediate plate 174 and each permanent magnet 188 extends between the intermediate plate 174 and the upstream plate 178.
  • the magnetization vectors of the magnets 186 and 188 are aligned with the axis 102, the magnetization vectors of the magnets 188 being opposed to the magnetization vectors of the magnets 186.
  • the magnetization vectors of the magnets 186 are directed from the downstream plate 170 to the intermediate plate 174.
  • the magnetic field obtained in the plasma chamber 90 is an axially symmetrical field along the axis 102 whose The module is minimum in the vicinity of the center of the plasma chamber 90.
  • a plasma is obtained confined to the center of the plasma chamber 90 for generating weakly multicharged ions.
  • FIGS. 7A to 7E schematically represent a third embodiment of the magnetic module 96.
  • FIGS. 7B, 7C, 7D and 7E are sectional views of the magnetic module 96 of FIG. 7A respectively along the sectional planes BB, CC, DD and EE.
  • the planes BB, CC and DD are orthogonal to the axis of symmetry 102 of the magnetic module and the plane EE includes the axis 102.
  • the sectional views of FIGS. 7B, 7C and 7D are seen from the downstream to the upstream .
  • the magnetic module 96 consists of a stack comprising:
  • magnets support rings 202, 204 and 206,
  • the support ring 206 rests on the upstream plate 212 and is separated from the support ring 204 by the intermediate plate 210.
  • the intermediate plate 208 separates the support ring 204 from the support ring 202, the downstream plate 200 resting on the support ring 202.
  • the support rings 202 and 206 (see FIGS. 7B, 7C and 7E) have the same shape and each comprise an outer wall 214 and an inner wall 216, the walls 214 and 216 being cylindrical and concentric with the axis 102. and 216 are regularly interconnected by radial partitions 218 orthogonal to the upstream and downstream plates thus forming magnet receptacles.
  • each of the support rings 202 and 206 comprises eight magnet receptacles.
  • Magnets 220 are disposed in the magnet receptacles of the support ring 202. Each magnet 220 extends between the downstream plate 200 and the intermediate plate 208 so that its magnetization vector is directed from the outer wall 214 to the wall. internal 216.
  • Magnets 222 are disposed in the magnet receptacles of the support ring 206. Each magnet 222 extends between the upstream plate 212 and the intermediate plate 210 so that its magnetization vector is directed from the inner wall 216 to the wall. external 214.
  • the support ring 204 (see FIGS. 7D and 7E) has an outer wall 224 and an inner wall 226 cylindrical and concentric with the axis 102.
  • the walls 224 and 226 are regularly interconnected by radial partitions 228 orthogonal to the upstream plates and downstream thus forming magnet receptacles.
  • An intermediate partition 230 concentric with the axis 102 and orthogonal to the upstream and downstream plates separates each magnet receptacle into an external sub-receptacle and an inner sub-receptacle.
  • Each external sub-receptacle is delimited by the outer wall 224, the intermediate partition 230 and two radial partitions 228 adjacent.
  • Each external sub-receptacle accommodates two permanent magnets 232, a magnet 232 being disposed on the downstream side and a magnet 232 being disposed on the upstream side of the external sub-receptacle.
  • Two magnets 232 of the same external sub-receptacle are separated from each other by a partition wall 234 orthogonal to the axis 102 and disposed at mid-height between the intermediate plates 208 and 210, the thickness of a partition wall 234 being for example of the order of half the height of the support ring 204.
  • Each magnet 232 is arranged so that its magnetization vector is directed from the upstream plate 212 to the downstream plate 200
  • the support ring 204 comprises sixteen external sub-receptacles for the magnets 232.
  • Each inner sub-receptacle is delimited by the inner wall 226, the intermediate partition 230 and two radial partitions 228 adjacent.
  • Each inner sub-receptacle accommodates a permanent magnet 236a, 236b, 236c or 236d.
  • the magnets 236a, 236b, 236c and 236d are arranged in successive internal sub-receptacles and form a multipole magnetic pattern, the magnetic pattern being repeated, for example four times.
  • Each magnet 236a, 236b, 236c and 236d extends in height between the intermediate plates 210 and 208, and in width between the inner wall 226 and the intermediate partition 230.
  • the magnets 236a and 236b have their magnetization vectors directed respectively from the inner wall 216 to the intermediate partition 230 and the intermediate partition to the inner wall.
  • the support ring 204 has sixteen internal sub-receptacles for the magnets 236a, 236b, 236c and 236d.
  • the multipole magnetic pattern described here consists of four magnets, the multipole magnetic pattern can be composed of at least two magnets whose magnetization vectors are orthogonal to the axis 102 and regularly oriented relative to each other, the shape of the support ring being modified accordingly.
  • the support rings 202 and 206 have, for example, the same height, the height of these rings being, for example, less than the height of the support ring 204.
  • the magnets 220, 222, 232, 236a, 236b, 236c and 236d described in connection with FIGS. 7E make it possible to obtain in the plasma chamber 90 an axially symmetric magnetic field on which is superimposed a magnetic field with radial symmetry, the modulus of the axial field being at a minimum in the vicinity of the center of the plasma chamber.
  • the modulus of the axial field being at a minimum in the vicinity of the center of the plasma chamber.
  • a plasma is obtained confined to the center of the plasma chamber to generate multicharged ions, the superposition of the radial magnetic field to more effectively confine the plasma.
  • magnetic module Although several embodiments of the magnetic module have been described in order to obtain different magnetic field configurations in the plasma chamber, those skilled in the art will be able to make other removable magnetic modules by, for example, changing the number and arrangement of the magnetic modules. magnets or the shape of the support rings.
  • the magnetic module is held in place by screws 116 on the mounting collar 114, the magnetic module can be held in place on other elements of the source by other removable fastening means.
  • the extraction electrodes 92 and 94 may also be held in place by means other than screws and their shape and number may be adapted to the ion beam that is desired to extract, focus and / or guide.
  • the plasma chamber may include any known means for creating and maintaining a plasma and use any suitable gas or gas mixture.
  • a device has been described in which several parts have an axial symmetry with respect to the same axis 102, some of these parts, for example the mounting flange 114, may not be centered on the axis of rotation. symmetry and / or not be symmetrical. More broadly, those skilled in the art can change the shape of the parts constituting the source without demonstrating inventive activity, for example the insulating pillars may be replaced by an insulating cylinder as in Figure 1. Similarly, the specific forms of Support rings, magnet receptacles and magnets may be freely selected by those skilled in the art. In addition, it will be appreciated that a magnet of a given size may be replaced by a shorter magnet extended by a magnetic material.

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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif générateur d'ions à résonance cyclotronique électronique comprenant une platine (98) à laquelle sont liés une chambre à plasma (90) et un module magnétique amovible (96) entourant la chambre à plasma pour produire un champ magnétique dans la chambre à plasma, le dispositif étant adapté à être placé dans une chambre à vide (100), la platine étant montée de façon étanche sur la chambre à vide.

Description

SOURCE D ' IONS A RESONANCE CYCLOTRONIQUE ELECTRONIQUE
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR13/62557 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine
La présente demande concerne une source d'ions à résonance cyclotronique électronique.
Exposé de l'art antérieur
En fonction de l'énergie cinétique et de la charge des ions extraits, les sources d'ions trouvent de nombreuses applications dans le domaine de l'implantation ionique, de la microgravure et des accélérateurs de particules utilisés dans le domaine médical et scientifique.
La figure 1 représente partiellement et en coupe un exemple d'une source d'ions à filament telle que décrite dans la demande de brevet EP0439220. La source comprend une platine support 1 à laquelle est fixée l'extrémité d'un cylindre 2. L'autre extrémité du cylindre 2 porte une chambre à arc 4.
La chambre à arc 4 comprend une fente 6 d'extraction d'ions, un filament 8, une arrivée de gaz 10 et une électrode répulsive 12. Le métal à ioniser 14 est disposé dans la chambre à arc 4 sur un support 16. Des moyens de polarisation (non représentés) des éléments de la source d'ions et une alimentation en gaz (non représentée) traversent la platine support 1.
La platine support est adaptée à être assemblée de façon étanche à une chambre à vide 26.
La source d'ions est suffisamment simple et compacte pour que les éléments la constituant soient disposés dans la chambre à vide 26. Des éléments de la source d'ions polarisés à haute tension, c'est-à-dire plusieurs dizaines de kV, sont ainsi avantageusement isolés par le vide.
Toutefois, cette source d'ions simple permet seulement de générer des ions monochargés positifs ou négatifs mais, dans le deuxième cas, de manière non optimale. Pour produire des ions monochargés de manière optimale ou des ions multichargés on a recours à des sources d'ions ECR ("Electron Cyclotron Résonance" - résonance cyclotronique électronique) où l'on prévoit des moyens de génération de champ magnétique. Les sources ECR connues permettant de générer des ions multichargés ou monochargés de manière optimale comportent des éléments disposés à l'extérieur d'une chambre à vide. Certains de ces éléments à l'extérieur de la chambre à vide sont polarisés à haute tension.
Il faut alors prévoir de larges zones de sécurité. Un exemple d'une telle source ECR complexe est illustré en figure 2.
La figure 2 est une reproduction partielle de la figure 1 de la demande de brevet FR2680275 représentant une source d'ions ECR pour produire des ions multichargés. Dans cette figure, de mêmes éléments qu'en figure 1 sont désignés par de mêmes références. La source d'ions comprend :
- un guide d'onde 50 constituant l'enceinte d'une chambre à plasma 32,
- des aimants permanents 36a de génération d'un champ magnétique de symétrie axiale dans la chambre à plasma 32,
- des aimants permanents 36b de génération d'un champ magnétique de symétrie radiale dans la chambre à plasma 32,
- une alimentation en gaz 10 de la chambre à plasma, et - un système 52 de génération d'une onde haute fréquence, l'onde étant injectée dans la chambre à plasma 32 par l'intermédiaire d'une cavité de couplage 54 disposée à une extrémité du guide d'onde 50.
L'extrémité du guide d'onde 50, du côté opposé à la cavité de couplage 54, comprend une plaque 56 ouverte en son centre. Une électrode d'extraction 46 supportée par une structure isolante 58 est disposée au-delà de la plaque 56.
Les aimants 36a et 36b entourant la chambre à plasma sont encombrants et sont disposés à l'extérieur de la chambre à vide 26. Les aimants 36a et 36b étant polarisés à haute tension et étant exposés à l'air, il faut prévoir une large zone de sécurité 60 autour des aimants 36a et 36b, c'est-à-dire autour de la source .
L'article "Performance of the LBL AECR source at various frequencies" de Z.Q. Xie et al. paru en 1992 propose une source ECR dans laquelle des aimants sont disposés sous vide. Toutefois la source est entourée de bobines polarisées à des hautes tensions et qui ne sont pas disposées sous vide. Comme pour la source de la figure 2, on prévoit alors une large zone de sécurité autour de la source.
Résumé
Il existe donc un besoin pour une source d'ions de type ECR qui soit aussi simple que la source décrite en relation avec la figure 1.
On souhaite également réaliser une source d'ions qui soit simplement modifiable pour produire divers types d'ions.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif générateur d'ions à résonance cyclotronique électronique comprenant une platine à laquelle sont liés une chambre à plasma et un module magnétique amovible entourant la chambre à plasma pour produire un champ magnétique dans la chambre à plasma, le dispositif étant adapté à être placé dans une chambre à vide, la platine étant montée de façon étanche sur la chambre à vide. Selon un mode de réalisation, le module magnétique amovible comprend au moins une bague support munie d'une ouverture centrale cylindrique de même périmètre que le périmètre externe de la chambre à plasma, la ou chaque bague support comportant une paroi externe et une paroi interne cylindriques et concentriques à un axe ; et des réceptacles à aimant autour de l'ouverture centrale entre la paroi externe et la paroi interne.
Selon un mode de réalisation, le module magnétique amovible comprend une seule bague support dont les réceptacles à aimant accueillent chacun un aimant permanent, le vecteur d'aimantation des aimants permanents étant parallèle à l'axe.
Selon un mode de réalisation, une cale en un matériau non magnétique est disposée dans chaque réceptacle à aimant du côté aval par rapport au sens de propagation des ions.
Selon un mode de réalisation, une cale en un matériau non magnétique est disposée dans chaque réceptacle à aimant du côté amont par rapport au sens de propagation des ions .
Selon un mode de réalisation, le module magnétique amovible comprend deux bagues support empilées, une première bague support étant disposée du côté aval du module par rapport au sens de propagation des ions et comprenant des premiers réceptacles à aimant accueillant chacun un premier aimant permanent, une deuxième bague support étant disposée du côté amont du module et comprenant des deuxièmes réceptacles à aimant accueillant chacun un deuxième aimant permanent, les vecteurs d'aimantation des premiers aimants étant opposés aux vecteurs d'aimantation des deuxièmes aimants, les vecteurs d'aimantation des premiers et deuxièmes aimants étant parallèles à l'axe.
Selon un mode de réalisation, la hauteur de la deuxième bague support est supérieure à la hauteur de la première bague support .
Selon un mode de réalisation, le module magnétique amovible comprend trois bagues support empilées parmi lesquelles une première bague support est disposée du côté aval du module par rapport au sens de propagation des ions et comprend des premiers réceptacles à aimant accueillant chacun un premier aimant permanent ; une deuxième bague support est disposée du côté amont du module et comprend des deuxièmes réceptacles à aimant accueillant chacun un deuxième aimant permanent ; et une troisième bague support est disposée entre la première et la deuxième bague support et comprend des troisièmes réceptacles à aimant accueillant chacun deux troisièmes aimants permanents et alternativement un quatrième, un cinquième, un sixième et un septième aimant permanent, le vecteur d'aimantation des premiers et sixièmes aimants étant dirigé de la paroi externe vers la paroi interne de la troisième bague, le vecteur d'aimantation des deuxièmes et quatrièmes aimants étant dirigé de la paroi interne vers la paroi externe de la troisième bague support, le vecteur d'aimantation des troisièmes aimants étant dirigé selon le sens de propagation des ions et le vecteur d'aimantation des cinquièmes et septièmes aimants étant dirigé sensiblement vers le quatrième aimant d'un troisième réceptacle voisin.
Selon un mode de réalisation, le module magnétique amovible comprend une cloison intermédiaire cylindrique disposée entre les parois externe et interne de la troisième bague support, la cloison intermédiaire et la paroi externe de la troisième bague support étant concentriques, la cloison intermédiaire séparant chaque troisième réceptacle à aimant en deux sous-réceptacles, un sous-réceptacle externe entre la cloison intermédiaire et la paroi externe de la troisième bague accueillant deux troisièmes aimants ; et un sous-réceptacle interne entre la cloison intermédiaire et la paroi interne de la troisième bague accueillant alternativement un quatrième, un cinquième, un sixième, ou un septième aimant, une cloison de séparation orthogonale au faisceau d'ions et reliant la paroi intermédiaire et la cloison externe de la troisième bague support séparant les deux troisièmes aimants d'un même sous- réceptacle externe. Selon un mode de réalisation, les hauteurs des première et deuxième bagues support sont égales à 10 % près, chacune de ces hauteurs étant inférieure à la hauteur de la troisième bague support.
Selon un mode de réalisation deux bagues support sont séparées l'une de l'autre par une plaque intermédiaire.
Selon un mode de réalisation, le module magnétique amovible a une hauteur égale à 10 % près à la hauteur de la chambre à plasma, le module magnétique amovible étant fermé du côté amont et du côté aval par rapport au sens de propagation des ions, respectivement par une plaque amont et par une plaque aval .
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une collerette de montage ; des piliers électriquement isolants, chaque pilier ayant une première extrémité fixée à la platine et une deuxième extrémité fixée à la collerette de montage ; et des premiers moyens de fixation adaptés à monter de façon démontable le module magnétique amovible sur la collerette de montage .
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre des premières et des deuxièmes tiges isolantes fixées perpendiculairement à la collerette de montage, la longueur des deuxièmes tiges étant supérieure à la longueur des premières tiges ; et des deuxièmes moyens de fixation adaptés à monter de façon démontable une première électrode et une deuxième électrode respectivement sur les extrémités des premières tiges et sur les extrémités des deuxièmes tiges, les première et deuxième électrodes étant circulaires et leurs bords présentant des renfoncements pour permettre respectivement le passage des deuxièmes tiges et l'accès aux deuxièmes moyens de fixation.
Selon un mode de réalisation, les premiers moyens de fixation et les deuxièmes moyens de fixation sont des vis.
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1, décrite précédemment, est une reproduction partielle de la figure 2 de la demande de brevet EP0439220 ;
la figure 2, décrite précédemment, est une reproduction partielle de la figure 1 de la demande de brevet FR2680275 ;
la figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation d'une source d'ions à résonance cyclotronique électronique ;
la figure 4 est une vue éclatée et en perspective d'une partie de la source d'ions de la figure 3 ;
les figures 5A à 5C sont des vues schématiques illustrant un premier mode de réalisation d'un module magnétique amovible ;
les figures 5D et 5E sont des vues en coupe schématiques de la figure 5A illustrant deux variantes de réalisation du premier mode de réalisation ;
les figures 6A à 6D sont des vues schématiques illustrant un deuxième mode de réalisation d'un module magnétique amovible ; et
les figures 7A à 7E sont des vues schématiques illustrant un troisième mode de réalisation d'un module magnétique amovible.
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle.
Description détaillée
Dans la suite, les termes "amont" et "aval" sont utilisés en référence au sens de propagation des ions extraits d'une chambre à plasma considérée ici.
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation d'une source d'ions ECR ("Electron Cyclotron Résonance" - résonance cyclotronique électronique) . La source comprend un ensemble constitué d'une chambre à plasma 90, d'électrodes d'extraction 92 et 94 et d'un module magnétique amovible 96. Cet ensemble est lié à une platine support 98.
La platine support 98 est adaptée à être montée de façon étanche sur une chambre à vide 100 de sorte que l'ensemble chambre - module magnétique puisse être disposé dans la chambre à vide. La platine support 98 peut être circulaire et peut présenter un axe de symétrie 102. Une gorge de joint annulaire 104 est formée à la périphérie de la platine support 98, du côté de la face aval de la platine. La gorge de joint 104 comprend un moyen pour assurer l'étanchéité entre la platine support 98 et la chambre à vide 100, par exemple un joint torique. Le diamètre de la platine support 98 peut être compris entre 50 et 400 mm.
Dans l'exemple représenté, la chambre à plasma 90 est cylindrique et est centrée sur l'axe 102. La chambre à plasma 90 comporte :
- une enceinte cylindrique 108,
- une plaque 110 fermant l'extrémité aval de l'enceinte 108 à l'exclusion d'une ouverture d'extraction 112, et
- un bloc 113 fermant l'extrémité amont de l'enceinte 108.
Du côté amont, l'enceinte 108 est solidaire d'une collerette de montage 114. Les éléments constituant la chambre à plasma 90 sont en métal. La hauteur de la chambre peut être comprise entre 10 et 1000 mm, par exemple 45 mm. Le diamètre de la chambre peut être compris entre 1 et 1000 mm, par exemple 41 mm.
Le module magnétique amovible 96 a la forme d'une bague entourant la chambre. Le module magnétique 96 vient buter sur la collerette de montage 114, et est fixé à celle-ci par des moyens de fixation 116, par exemple des vis, de façon à pouvoir être maintenu en position ou libéré, comme cela sera décrit plus en détail en relation avec la figure 4. La hauteur du module magnétique amovible est sensiblement égale à la hauteur de la chambre à plasma. Des électrodes d'extraction 92 et 94 sont disposées l'une derrière l'autre en aval de la chambre à plasma 90. Chaque électrode est constituée d'une plaque conductrice munie d'une ouverture centrale alignée selon l'axe 102 avec l'ouverture d'extraction 112. Les électrodes d'extraction 92 et 94 sont fixées respectivement à des tiges isolantes 118 et 120 par l'intermédiaire de moyens de fixation 122. Les tiges isolantes 118 et 120 sont fixées orthogonalement à la collerette de montage 114, par exemple sur des blocs isolants 124 eux-mêmes fixés au bord externe de la collerette 114. Les moyens de fixation 122, par exemple des vis, sont adaptés à maintenir en position ou à libérer les électrodes d'extraction 92 et 94 pour dégager le module magnétique 96. Les électrodes d'extraction 92 et 94 sont en métal .
L'ensemble constitué de la chambre à plasma 90, du module magnétique amovible 96 et des électrodes d'extraction 92 et 94 est lié à la platine support 98 par exemple par l'intermédiaire de piliers isolants 126.
Un conduit d'alimentation en gaz 128 traverse la platine support 98. L'extrémité aval du conduit est reliée à un tunnel d'alimentation 130 traversant le bloc 113 et débouchant dans la chambre à plasma. Dans l'exemple représenté, la partie amont du conduit d'alimentation en gaz est en un matériau isolant électriquement. Le débit de gaz est contrôlé pour assurer dans la chambre des conditions de formation d'un plasma.
Un moyen de propagation 132 d'une onde hyperfréquence traverse la platine support 98. L'extrémité aval du moyen de propagation 132 est connectée à un élément de propagation 134 propageant l'onde hyperfréquence à travers le bloc 113 jusque dans la chambre à plasma 90. Les parties aval et amont du moyen de propagation 132 sont isolées électriquement l'une de l'autre, par exemple par un coupleur 135. A titre d'exemple, le moyen de propagation 132 de l'onde hyperfréquence est un câble coaxial ou un guide d'onde. La fréquence de l'onde hyperfréquence peut être comprise entre 0,3 et 100 GHz, par exemple 5,8 GHz. Deux conducteurs 136 et 138 traversent la platine 98 et permettent d'appliquer respectivement une haute tension VI à la chambre à plasma et une haute tension V2 à l'électrode d'extraction 92. Les conducteurs 136 et 138 sont entourés de moyens d'isolation 140 au niveau de leur traversée de la platine. La tension VI peut être comprise entre 50 V et 200 kV, par exemple 40 kV. Pour des ions positifs, la tension V2 est inférieure à la tension VI et peut être comprise entre 40 V et 180 kV, par exemple 30 kV.
La platine support est mise à la masse. Un conducteur
142 relie la platine support 98 à l'électrode d'extraction 94 pour mettre l'électrode 94 à la masse.
La chambre à plasma peut être refroidie par un fluide caloporteur isolant circulant dans la collerette de montage 114. Des conduits de fluide caloporteur (non représentés) traversent la platine support. A titre d'exemple, le fluide caloporteur peut être de l'air ou de l'eau désionisée.
La source d'ions est suffisamment compacte pour être insérée dans la chambre à vide 100. Les connexions au conduit d'alimentation en gaz, au moyen de propagation d'onde hyperfréquence, aux éléments conducteurs et aux conduits d'alimentation en fluide caloporteur sont disposées du côté amont de la platine support 98. Ainsi la source d'ions peut facilement être mise en place ou démontée d'une seule pièce avec la platine support 98.
Une fois la platine 98 montée sur la chambre à vide 100, la source d'ions est mise sous vide, le vide pouvant être assuré par une pompe à vide reliée à un manchon de pompage 144. La source d'ions étant sous vide et étant entourée de la chambre à vide 100 au potentiel de masse, elle est efficacement isolée électriquement. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir une large zone de sécurité autour de la source d'ions en fonctionnement comme c'est le cas pour la source d'ions de la figure 2. La figure 4 est une vue éclatée et en perspective d'une partie d'un mode de réalisation de la source d'ions de la figure 3. On y voit le module magnétique amovible 96, les électrodes 92 et 94 et la chambre à plasma 90 montée sur la collerette 114.
Lors du montage du module magnétique amovible 96 celui-ci, qui comporte une ouverture centrale 146, est emboîté autour de la chambre à plasma. Des vis 116 sont vissées pour maintenir le module magnétique amovible sur la collerette de montage 114. Les vis 116 traversent des orifices 147 percés dans la collerette.
Les électrodes 92 et 94 sont ensuite montées sur les tiges 118 et 120 respectivement. Chacune des électrodes 92 et 94 a la forme d'un disque dont le bord externe présente des renfoncements 148, les renfoncements 148 de l'électrode 92 permettant le passage des tiges 120. Les électrodes 92 et 94 sont fixées par des vis 122 aux tiges respectives 118 et 120, les vis 122 traversant des orifices 149 percés à la périphérie des électrodes.
Pour démonter le module magnétique 96, on retire les électrodes 92 et 94 et on libère le module magnétique en retirant les vis 116.
Afin de produire plusieurs types d'ions, par exemple monochargés positifs, monochargés négatifs ou multichargés, différents modes de réalisation du module magnétique amovible permettent d'obtenir différentes configurations de champ magnétique dans la chambre à plasma 90.
Les figures 5A à 5C représentent schématiquement un premier mode de réalisation du module magnétique amovible 96. Les figures 5B et 5C sont des vues en coupe schématiques du module magnétique 96 de la figure 5A respectivement selon les plans de coupe BB et CC, le plan BB étant orthogonal à l'axe de symétrie 102 du module magnétique et le plan CC incluant l'axe 102. La vue en coupe de la figure 5B est vue depuis l'aval vers l'amont. En figures 5A et 5C, et dans les figures suivantes correspondantes, on considère que les ions sont extraits vers le haut, qui correspond au côté aval du module.
Dans les figures 5A à 5C, le module magnétique 96 comprend une bague 150 de support d'aimants. La bague support 150 est fermée du côté aval et du côté amont respectivement par une plaque aval 152 et par une plaque amont 154. La bague support 150 a une paroi interne 156 et une paroi externe 158. Les parois sont en forme de cylindre droit à section polygonale et sont concentriques à l'axe 102. Des cloisons radiales 160 orthogonales aux plaques amont et aval relient régulièrement la paroi interne 156 à la paroi externe 158 formant ainsi des réceptacles pour des aimants permanents 162. Dans l'exemple représenté, la bague support 150 comprend huit réceptacles à aimant .
Les aimants permanents 162 entourent l'ouverture 146 au centre du module magnétique 96. Chaque aimant permanent 162 s'étend entre la plaque aval 152 et la plaque amont 154 de sorte que son vecteur d'aimantation est aligné avec l'axe 102, dirigé de la plaque amont 154 à la plaque aval 152 dans l'exemple représenté.
Lorsque le module magnétique est monté autour de la chambre à plasma 90 comme cela a été décrit en relation avec les figures 3 et 4, le champ magnétique obtenu dans la chambre à plasma 90 est un champ à symétrie axiale selon l'axe 102. Dans les conditions de résonance cyclotronique électronique, on obtient un plasma au centre de la chambre à plasma 90 permettant de générer des ions monochargés positifs et négatifs.
Les figures 5D et 5E sont des vues en coupe schématiques selon le plan de la figure 5C illustrant deux variantes du premier mode réalisation décrit en relation avec les figures 5A à 5C.
Dans les variantes de la figure 5D et de la figure 5E, des cales 164 en un matériau non magnétique, par exemple une matière plastique, sont disposées dans les réceptacles à aimant de la bague support 150, respectivement du côté de la plaque aval 152 et du côté de la plaque amont 154. Chaque aimant permanent 162 s'étend entre une cale 164 et, respectivement, la plaque amont 154 et la plaque aval 152.
Dans les conditions de résonance cyclotronique électronique, en plaçant des cales 164 d'un côté ou de l'autre des aimants permanents 162, on optimise la position de la résonance dans la chambre pour favoriser la génération d'un flux d'ions positifs ou négatifs.
Les figures 6A à 6D représentent schématiquement un deuxième mode de réalisation du module magnétique 96. Les figures 6B, 6C et 6D sont des vues en coupe schématiques du module magnétique 96 de la figure 6A respectivement selon les plans de coupe BB, CC et DD. Les plans BB et CC sont orthogonaux à l'axe de symétrie 102 du module magnétique et le plan DD inclut l'axe 102. Les vues en coupe des figures 6B et 6C sont vues depuis l'aval vers l'amont.
Dans les figures 6A à 6D, le module magnétique 96 est constitué d'un empilement comprenant les éléments successifs suivants :
- une plaque aval 170,
- une bague 172 de support d'aimants,
- une plaque intermédiaire 174,
- une bague 176 de support d'aimants, et
- une plaque amont 178.
Les plaques aval 170 et amont 178 ferment le module magnétique respectivement du côté aval et du côté amont. La plaque intermédiaire 174 sépare les bagues support 172 et 176 1 ' une de 1 ' autre .
Les bagues support 172 et 176 ont chacune une paroi interne 180 et une paroi externe 182, les parois étant cylindriques et concentriques à l'axe 102. Des cloisons radiales 184 orthogonales aux plaques amont et aval relient régulièrement la paroi interne 180 à la paroi externe 182 formant ainsi des réceptacles pour des aimants permanents. Des aimants permanents 186 et 188 sont maintenus en place dans les bagues support 172 et 176 respectivement. Dans l'exemple représenté, chacune des bagues support 172 et 176 comprend huit réceptacles à aimant. La hauteur de la bague support 176 selon l'axe 102 est supérieure à la hauteur de la bague support 172.
Chaque aimant permanent 186 s'étend entre la plaque aval 170 et la plaque intermédiaire 174 et chaque aimant permanent 188 s'étend entre la plaque intermédiaire 174 et la plaque amont 178. Les vecteurs d'aimantation des aimants 186 et 188 sont alignés avec l'axe 102, les vecteurs d'aimantation des aimants 188 étant opposés aux vecteurs d'aimantation des aimants 186. Dans l'exemple représenté, les vecteurs d'aimantation des aimants 186 sont dirigés de la plaque aval 170 à la plaque intermédiaire 174.
Lorsque le module magnétique est monté autour de la chambre à plasma 90 comme cela a été décrit en relation avec les figures 3 et 4, le champ magnétique obtenu dans la chambre à plasma 90 est un champ à symétrie axiale selon l'axe 102 dont le module est minimum au voisinage du centre de la chambre à plasma 90. Dans les conditions de résonance cyclotronique électronique, on obtient un plasma confiné au centre de la chambre à plasma 90 permettant de générer des ions faiblement multichargés .
Les figures 7A à 7E représentent schématiquement un troisième mode de réalisation du module magnétique 96. Les figures 7B, 7C, 7D et 7E sont des vues en coupe du module magnétique 96 de la figure 7A respectivement selon les plans de coupe BB, CC, DD et EE. Les plans BB, CC et DD sont orthogonaux à l'axe de symétrie 102 du module magnétique et le plan EE inclut l'axe 102. Les vues en coupe des figures 7B, 7C et 7D sont vues depuis l'aval vers l'amont.
Dans les figures 7A à 7E, le module magnétique 96 est constitué d'un empilement comprenant :
- une plaque aval 200,
- des bagues 202, 204 et 206 de support d'aimants,
- deux plaques intermédiaires 208 et 210, et
- une plaque amont 212. La bague support 206 repose sur la plaque amont 212 et est séparée de la bague support 204 par la plaque intermédiaire 210. La plaque intermédiaire 208 sépare la bague support 204 de la bague support 202, la plaque aval 200 reposant sur la bague support 202.
Les bagues support 202 et 206 (voir figures 7B, 7C et 7E) ont la même forme et comprennent chacune une paroi externe 214 et une paroi interne 216, les parois 214 et 216 étant cylindriques et concentriques à l'axe 102. Les parois 214 et 216 sont régulièrement reliées entre elles par des cloisons radiales 218 orthogonales aux plaques amont et aval formant ainsi des réceptacles à aimant. Dans l'exemple représenté, chacune des bagues support 202 et 206 comprend huit réceptacles à aimant.
Des aimants 220 sont disposés dans les réceptacles à aimant de la bague support 202. Chaque aimant 220 s'étend entre la plaque aval 200 et la plaque intermédiaire 208 de sorte que son vecteur d'aimantation est dirigé de la paroi externe 214 vers la paroi interne 216.
Des aimants 222 sont disposés dans les réceptacles à aimant de la bague support 206. Chaque aimant 222 s'étend entre la plaque amont 212 et la plaque intermédiaire 210 de sorte que son vecteur d'aimantation est dirigé de la paroi interne 216 vers la paroi externe 214.
La bague support 204 (voir figures 7D et 7E) a une paroi externe 224 et une paroi interne 226 cylindriques et concentriques à l'axe 102. Les parois 224 et 226 sont régulièrement reliées entre elles par des cloisons radiales 228 orthogonales aux plaques amont et aval formant ainsi des réceptacles à aimant. Une cloison intermédiaire 230 concentrique à l'axe 102 et orthogonale aux plaques amont et aval sépare chaque réceptacle à aimant en un sous-réceptacle externe et un sous-réceptacle interne.
Chaque sous-réceptacle externe est délimité par la paroi externe 224, la cloison intermédiaire 230 et deux cloisons radiales 228 voisines. Chaque sous-réceptacle externe accueille deux aimants permanents 232, un aimant 232 étant disposé du côté aval et un aimant 232 étant disposé du côté amont du sous- réceptacle externe. Deux aimants 232 d'un même sous-réceptacle externe sont séparés l'un de l'autre par une cloison de séparation 234 orthogonale à l'axe 102 et disposée à mi-hauteur entre les plaques intermédiaire 208 et 210, l'épaisseur d'une cloison de séparation 234 étant par exemple de l'ordre de la moitié de la hauteur de la bague support 204. Chaque aimant 232 est disposé de sorte que son vecteur d'aimantation soit dirigé de la plaque amont 212 à la plaque aval 200. Dans l'exemple représenté, la bague support 204 comprend seize sous-réceptacles externes pour les aimants 232.
Chaque sous-réceptacle interne est délimité par la paroi interne 226, la cloison intermédiaire 230 et deux cloisons radiales 228 voisines. Chaque sous-réceptacle interne accueille un aimant permanent 236a, 236b, 236c ou 236d. Les aimants 236a, 236b, 236c et 236d sont disposés dans des sous-réceptacles internes successifs et forment un motif magnétique multipole, le motif magnétique étant répété, par exemple quatre fois. Chaque aimant 236a, 236b, 236c et 236d s'étend en hauteur entre les plaques intermédiaires 210 et 208, et en largeur entre la paroi interne 226 et la cloison intermédiaire 230. Les aimants 236a et 236b ont leurs vecteurs d'aimantation dirigés respectivement de la paroi interne 216 à la cloison intermédiaire 230 et de la cloison intermédiaire à la paroi interne. Les aimants 236b et
236d ont leurs vecteurs d'aimantation dirigés d'un aimant 236c voisin vers un aimant 236a voisin. Dans l'exemple représenté, la bague support 204 a seize sous-réceptacles internes pour les aimants 236a, 236b, 236c et 236d. Bien que le motif magnétique multipole décrit ici soit constitué de quatre aimants, le motif magnétique multipole peut être composé de deux aimants au moins dont les vecteurs d'aimantation sont orthogonaux à l'axe 102 et régulièrement orientés les uns par rapport aux autres, la forme de la bague support étant modifiée en conséquence. Les bagues support 202 et 206 ont par exemple la même hauteur, la hauteur de ces bagues étant par exemple inférieure à la hauteur de la bague support 204.
Lorsque le module magnétique 96 est monté autour de la chambre à plasma comme cela a été décrit en relation avec les figures 3 et 4, les aimants 220, 222, 232, 236a, 236b, 236c et 236d décrits en relation avec les figures 7A à 7E permettent d'obtenir dans la chambre à plasma 90 un champ magnétique à symétrie axiale auquel est superposé un champ magnétique à symétrie radiale, le module du champ axial étant minimum au voisinage du centre de la chambre à plasma. Dans les conditions de résonance cyclotronique électronique, on obtient un plasma confiné au centre de la chambre à plasma permettant de générer des ions multichargés, la superposition du champ magnétique radial permettant de confiner plus efficacement le plasma.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art.
Bien que l'on ait décrit plusieurs exemples de réalisation du module magnétique pour obtenir différentes configurations de champ magnétique dans la chambre à plasma, l'homme du métier pourra réaliser d'autres modules magnétiques amovibles en changeant par exemple le nombre et la disposition des aimants ou la forme des bagues support.
Bien que dans l'exemple illustratif décrit en relation avec les figures 3 et 4, le module magnétique soit maintenu en place par des vis 116 sur la collerette de montage 114, le module magnétique pourra être maintenu en place sur d'autres éléments de la source par d'autres moyens de fixation démontables. Les électrodes d'extraction 92 et 94 pourront elles aussi être maintenues en place par d'autres moyens que des vis et leur forme et leur nombre pourront être adaptés au faisceau d'ions que l'on souhaite extraire, focaliser et/ou guider.
Bien que le montage de la platine à l'extrémité d'une chambre à vide ait été mis en oeuvre au moyen d'une gorge de joint annulaire, l'étanchéité étant assurée par un joint torique, d'autres moyens de montage ainsi que d'autres moyens d'assurer l'étanchéité pourront être envisagés.
La chambre à plasma pourra comprendre tout moyen connu de création et de maintien d'un plasma et utiliser tout gaz ou mélange de gaz approprié.
Enfin, bien que l'on ait décrit un dispositif dans lequel plusieurs pièces présentent une symétrie axiale par rapport à un même axe 102, certaines de ces pièces, par exemple la collerette de montage 114, pourront ne pas être centrées sur l'axe de symétrie et/ou ne pas être symétriques. Plus largement, l'homme de l'art pourra changer la forme des pièces constituant la source sans faire preuve d'activité inventive, par exemple les piliers isolants pourront être remplacés par un cylindre isolant comme en figure 1. De même les formes spécifiques des bagues support, des réceptacles à aimant et des aimants pourront être librement choisies par l'homme de l'art. De plus on notera qu'un aimant de taille donnée peut être remplacé par un aimant plus court prolongé par un matériau magnétique.
Par ailleurs, chaque fois que des dimensions, des égalités ou des plages de dimension sont mentionnées ici, on comprendra que les valeurs indiquées doivent être interprétées à 10 % près.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif générateur d'ions à résonance cyclo- tronique électronique apte à produire des ions de l'un ou l'autre de différents types de charge, le dispositif comprenant une platine (98) à laquelle sont liés une chambre à plasma (90) et un module magnétique amovible (96) entourant la chambre à plasma pour y produire un champ magnétique, le dispositif étant adapté à être placé dans une chambre à vide (100) , la platine étant montée de façon étanche sur la chambre à vide, le module magnétique amovible étant choisi selon le type de charge à produire.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le module magnétique amovible (96) comprend au moins une bague support (150 ; 172, 176 ; 202, 204, 206) munie d'une ouverture centrale (146) cylindrique de même périmètre que le périmètre externe de la chambre à plasma (90) , la ou chaque bague support comportant :
une paroi externe (158 ; 182 ; 214, 224) et une paroi interne (156 ; 180 ; 216, 226) cylindriques et concentriques à un axe (102) ; et
des réceptacles à aimant autour de l'ouverture centrale (146) entre la paroi externe et la paroi interne.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le module magnétique amovible (96) comprend une seule bague support (150) dont les réceptacles à aimant accueillent chacun un aimant permanent (162), le vecteur d'aimantation des aimants permanents étant parallèle à l'axe (102).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel une cale (164) en un matériau non magnétique est disposée dans chaque réceptacle à aimant du côté aval par rapport au sens de propagation des ions.
5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel une cale (164) en un matériau non magnétique est disposée dans chaque réceptacle à aimant du côté amont par rapport au sens de propagation des ions .
6. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le module magnétique amovible (96) comprend deux bagues support
(172, 176) empilées, une première bague support (172) étant disposée du côté aval du module par rapport au sens de propagation des ions et comprenant des premiers réceptacles à aimant accueillant chacun un premier aimant permanent (186) , une deuxième bague support (176) étant disposée du côté amont du module et comprenant des deuxièmes réceptacles à aimant accueillant chacun un deuxième aimant permanent (188) , les vecteurs d'aimantation des premiers aimants étant opposés aux vecteurs d'aimantation des deuxièmes aimants, les vecteurs d'aimantation des premiers et deuxièmes aimants étant parallèles à l'axe (102) .
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la hauteur de la deuxième bague support (176) est supérieure à la hauteur de la première bague support (172) .
8. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le module magnétique amovible (96) comprend trois bagues support (202, 204, 206) empilées parmi lesquelles :
- une première bague support (202) est disposée du côté aval du module par rapport au sens de propagation des ions et comprend des premiers réceptacles à aimant accueillant chacun un premier aimant permanent (220) ;
- une deuxième bague support (206) est disposée du côté amont du module et comprend des deuxièmes réceptacles à aimant accueillant chacun un deuxième aimant permanent (222) ; et
- une troisième bague support (204) est disposée entre la première et la deuxième bague support et comprend des troisièmes réceptacles à aimant accueillant chacun deux troisièmes aimants permanents (232) et alternativement un quatrième (236a) , un cinquième (236b) , un sixième (236c) et un septième (236d) aimant permanent,
le vecteur d'aimantation des premiers (220) et sixièmes (236c) aimants étant dirigé de la paroi externe (224) vers la paroi interne (226) de la troisième bague, le vecteur d'aimantation des deuxièmes (222) et quatrièmes (236a) aimants étant dirigé de la paroi interne vers la paroi externe de la troisième bague support, le vecteur d'aimantation des troisièmes aimants (232) étant dirigé selon le sens de propagation des ions et le vecteur d'aimantation des cinquièmes (236b) et septièmes (236d) aimants étant dirigé sensiblement vers le quatrième (236a) aimant d'un troisième réceptacle voisin.
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel une cloison intermédiaire (230) cylindrique est disposée entre les parois externe (224) et interne (226) de la troisième bague support (204), la cloison intermédiaire et la paroi externe de la troisième bague support étant concentriques, la cloison intermédiaire séparant chaque troisième réceptacle à aimant en deux sous-réceptacles :
- un sous-réceptacle externe entre la cloison intermédiaire et la paroi externe de la troisième bague accueillant deux troisièmes aimants (232) ; et
- un sous-réceptacle interne entre la cloison intermédiaire et la paroi interne de la troisième bague accueillant alternativement un quatrième (236a) , un cinquième (236b) , un sixième (236c) , ou un septième (236d) aimant,
une cloison de séparation (234) orthogonale au faisceau d'ions et reliant la paroi intermédiaire et la cloison externe de la troisième bague support séparant les deux troisièmes aimants d'un même sous-réceptacle externe.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendi¬ cations 8 à 9, dans lequel les hauteurs des première et deuxième bagues support sont égales à 10 % près, chacune de ces hauteurs étant inférieure à la hauteur de la troisième bague support.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendi¬ cations 6 à 10, dans lequel deux bagues support (172, 176 ; 202, 204 ; 204, 206) sont séparées l'une de l'autre par une plaque intermédiaire (174 ; 208 ; 210) .
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendi¬ cations 2 à 11, dans lequel le module magnétique amovible (96) à une hauteur égale à 10 % près à la hauteur de la chambre à plasma (90), le module magnétique amovible étant fermé du côté amont et du côté aval par rapport au sens de propagation des ions, respectivement par une plaque amont (154 ; 178 ; 212) et par une plaque aval (152 ; 170 ; 200) .
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendi¬ cations 1 à 12, comprenant en outre :
une collerette de montage (114) ;
des piliers (126) électriquement isolants, chaque pilier ayant une première extrémité fixée à la platine (98) et une deuxième extrémité fixée à la collerette de montage ; et
des premiers moyens de fixation (116) adaptés à monter de façon démontable le module magnétique amovible (96) sur la collerette de montage.
14. Dispositif selon la revendication 13, comprenant en outre :
des premières (118) et des deuxièmes (120) tiges isolantes fixées perpendiculairement à la collerette de montage (114) , la longueur des deuxièmes tiges étant supérieure à la longueur des premières tiges ; et
des deuxièmes moyens de fixation (122) adaptés à monter de façon démontable une première électrode (92) et une deuxième électrode (94) respectivement sur les extrémités des premières tiges et sur les extrémités des deuxièmes tiges,
les première et deuxième électrodes étant circu¬ laires et leurs bords présentant des renfoncements (148) pour permettre respectivement le passage des deuxièmes tiges et l'accès aux deuxièmes moyens de fixation.
15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel les premiers moyens de fixation (116) et les deuxièmes moyens de fixation (122) sont des vis.
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