(57)【要約】【課題】２つ以上のビーム引出し口を備える１つのイオンビーム発生装置から異なる種類のイオンビームを出力することができるイオンビーム発生技術を提供する。【解決手段】イオンビーム発生装置１は、プラズマＰ１，Ｐ２の生成源となるガスＧ１，Ｇ２を真空チャンバ２に導入するガス導入口３１，３２と、マイクロ波Ｍ１，Ｍ２を真空チャンバ２に導入するマイクロ波導入口４１，４２と、真空チャンバ２の内部に少なくとも２つのプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２を形成する磁場を発生させる磁場発生部７１〜７４と、真空チャンバ２に電圧を印加する電圧印加部１１，１２と、プラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２のそれぞれに対応して設けられ、プラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２にて生成されたプラズマＰ１，Ｐ２からイオンビームＢ１，Ｂ２を引き出す少なくとも２つのビーム引出口６１，６２を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空にされる真空チャンバと、
プラズマの生成源となるガスを前記真空チャンバに導入するガス導入口と、
マイクロ波を前記真空チャンバに導入するマイクロ波導入口と、
前記真空チャンバの内部に少なくとも２つのプラズマ生成領域を形成する磁場を発生させる磁場発生部と、
前記真空チャンバに電圧を印加する電圧印加部と、
前記プラズマ生成領域のそれぞれに対応して設けられ、前記プラズマ生成領域にて生成されたプラズマからイオンビームを引き出す少なくとも２つのビーム引出口と、
を備えるイオンビーム発生装置。
【請求項２】
前記真空チャンバは、環状を成す請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３】
少なくとも３つの前記磁場発生部が設けられ、それぞれの前記磁場発生部が、前記真空チャンバが延びる方向に沿って互いに離間される請求項１または請求項２に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項４】
前記ビーム引出口は、互いに離間された前記磁場発生部の間に設けられる請求項３に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項５】
前記プラズマ生成領域に対応して設けられ、前記真空チャンバを形成する複数の真空ダクトと、
前記真空ダクト同士の間に設けられ、前記真空ダクト同士を絶縁する絶縁部と、
を備え、
前記電圧印加部は、それぞれの前記真空ダクトに印加する電圧を異ならせる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項６】
前記プラズマ生成領域に対応して少なくとも２つ前記ガス導入口が設けられる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項７】
前記プラズマ生成領域に対応して少なくとも２つ前記マイクロ波導入口が設けられる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項８】
前記ガスを前記真空チャンバから排気させる少なくとも２つの排気口を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項９】
真空チャンバの内部を真空にするステップと、
プラズマの生成源となるガスを前記真空チャンバに導入するステップと、
マイクロ波を前記真空チャンバに導入するステップと、
前記真空チャンバの内部に少なくとも２つのプラズマ生成領域を形成する磁場を発生させるステップと、
前記真空チャンバに電圧を印加するステップと、
前記プラズマ生成領域のそれぞれに対応して設けられた少なくとも２つのビーム引出口を用いて前記プラズマ生成領域にて生成されたプラズマからイオンビームを引き出すステップと、
を含むイオンビーム発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、イオンビーム発生装置およびイオンビーム発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子サイクロトン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）イオン源は、原子核実験用加速器、陽子線がん治療装置、重粒子線がん治療装置、中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）施設、原子炉を用いた核特性施設などで用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０５２７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＥＣＲイオン源は、ビーム引出口が１つしかないので、複数種類のビームが必要な場合は、それぞれに対応した複数のイオン源を設ける必要がある。これらの装置の低コスト化または省スペース化のために、１つのイオン源から異なる種類のイオンビームを出力できるようにしたいという要望がある。
【０００５】
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、２つ以上のビーム引出し口を備える１つのイオンビーム発生装置から異なる種類のイオンビームを出力することができるイオンビーム発生技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置は、内部が真空にされる真空チャンバと、プラズマの生成源となるガスを前記真空チャンバに導入するガス導入口と、マイクロ波を前記真空チャンバに導入するマイクロ波導入口と、前記真空チャンバの内部に少なくとも２つのプラズマ生成領域を形成する磁場を発生させる磁場発生部と、前記真空チャンバに電圧を印加する電圧印加部と、前記プラズマ生成領域のそれぞれに対応して設けられ、前記プラズマ生成領域にて生成されたプラズマからイオンビームを引き出す少なくとも２つのビーム引出口と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態により、２つ以上のビーム引出し口を備える１つのイオンビーム発生装置から異なる種類のイオンビームを出力することができるイオンビーム発生技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】イオンビーム発生装置を示す斜視図。
【図２】イオンビーム発生装置を示す平面図。
【図３】真空ダクト同士の接続部分を示す断面図。
【図４】ビーム引出口を示す断面図。
【図５】イオンビーム発生方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、イオンビーム発生装置の実施形態について詳細に説明する。なお、イオンビーム発生装置は、プラズマ状態のイオンを加速して出力する。この加速されて出力されるプラズマをイオンビームと称して以下に説明する。
【００１０】
図１の符号１は、本実施形態のイオンビーム発生装置である。図１および図２に示すように、イオンビーム発生装置１は、平面視で円形状を成し、その内部が真空にされる真空チャンバ２を備える。この真空チャンバ２は、湾曲された４本の真空ダクト２１〜２４が互いに接続されることで形成される。つまり、真空チャンバ２が平面視で環状を成している。
【００１１】
真空チャンバ２は、導電性の材質で形成される。例えば、銅、ステンレス、鉄、アルミニウム、真鍮、またはこれらの合金が用いられる。また、パイレックス（登録商標）ガラス、石英ガラスなどの特定波長に対し透過性を有する絶縁物質を用いて真空チャンバ２を形成し、その内面または外面に、メッシュまたはパンチングメタルなどの複数の小さな開口を有する金属素材を設けても良い。
【００１２】
なお、本実施形態の環状とは、トーラス形状であっても良いし、三角形状または四角形状などの複数の直線部の組み合わせた形状であっても良い。
【００１３】
真空チャンバ２の内部は、真空にされる。なお、イオンビーム発生装置１全体を真空状態の所定の装置内に配置することで、真空チャンバ２の内部を真空にしても良い。つまり、イオンビーム発生装置１は、真空チャンバ２の内部を真空にするための真空ポンプなどの機器を備える。
【００１４】
真空チャンバ２には、プラズマＰ１，Ｐ２（図３参照）の生成源となるガスＧ１，Ｇ２を真空チャンバ２の内部に導入する２つのガス導入口３１，３２と、マイクロ波Ｍ１，Ｍ２を真空チャンバ２の内部に導入する２つのマイクロ波導入口４１，４２と、排気ガスＶ１，Ｖ２を真空チャンバ２の内部から排気させる２つの排気口５１，５２と、真空チャンバ２の内部からイオンビームＢ１，Ｂ２を引き出す２つのビーム引出口６１，６２とが設けられる。
【００１５】
本実施形態では、２つのビーム引出口６１，６２からそれぞれ異なる種類のイオンビームＢ１，Ｂ２を出力することができる。例えば、一方のビーム引出口６１から炭素イオン（重粒子線）ビームを出力し、他方のビーム引出口６２から陽子線ビームを出力する。そして、炭素イオンビームが重粒子線がん治療装置にて用いられ、陽子線ビームが陽子線がん治療装置にて用いられる。
【００１６】
真空チャンバ２には、所定の真空ダクト２１，２２に電圧を印加する電圧印加部１１，１２が接続される。真空チャンバ２には、磁場を発生させる４つの磁場発生部７１〜７４が取り付けられる。これらの磁場発生部７１〜７４は、真空チャンバ２の周方向に等間隔で並んで配置される。例えば、４本の真空ダクト２１〜２４同士を接続する接続部のそれぞれに磁場発生部７１〜７４が配置される。つまり、４つの磁場発生部７１〜７４が設けられ、それぞれの磁場発生部７１〜７４が、真空チャンバ２が延びる方向に沿って互いに離間されて配置される。このようにすれば、磁場発生部７１〜７４の離間された部分にプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２を形成することができる。
【００１７】
磁場発生部７１〜７４は、真空チャンバ２を構成する真空ダクト２１〜２４の外周を囲むように配置される電磁石である。なお、これらの磁場発生部７１〜７４の位置または個数は、適宜変更されても良い。
【００１８】
磁場発生部７１〜７４により磁場を発生させると、真空チャンバ２の内部にプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２が形成される。これらプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２は、磁場発生部７１〜７３の間に形成される。本実施形態では、第１種のプラズマＰ１が生成される第１プラズマ生成領域Ｒ１と、この第１種のプラズマＰ１とは異なる第２種のプラズマＰ２が生成される第２プラズマ生成領域Ｒ２とが、それぞれに対応する真空チャンバ２の内部に形成される。
【００１９】
本実施形態では、磁場発生部７１〜７４により磁場を調整することで、それぞれのプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２で生成されるプラズマＰ１，Ｐ２のイオン種またはイオン価数に応じて、磁場分布または磁場強度を変更することができる。
【００２０】
本実施形態では、第１真空ダクト２１と第２真空ダクト２２と第３真空ダクト２３と第４真空ダクト２４とが互いに接続されることで、環状に一体的に連なる内部空間が形成される。ここで、第４真空ダクト２４と第１真空ダクト２１との間に第１磁場発生部７１が設けられる。第１真空ダクト２１と第２真空ダクト２２との間に第２磁場発生部７２が設けられる。第２真空ダクト２２と第３真空ダクト２３との間に第３磁場発生部７３が設けられる。第３真空ダクト２３と第４真空ダクト２４との間に第４磁場発生部７４が設けられる。
【００２１】
本実施形態では、第１磁場発生部７１と第２磁場発生部７２とから生じる磁場により、第１真空ダクト２１の内部に第１プラズマ生成領域Ｒ１が形成される。さらに、第２磁場発生部７２と第３磁場発生部７３とから生じる磁場により、第２真空ダクト２２の内部に第２プラズマ生成領域Ｒ２が形成される。つまり、第１真空ダクト２１は、第１プラズマ生成領域Ｒ１に対応している。また、第２真空ダクト２２は、第２プラズマ生成領域Ｒ２に対応している。
【００２２】
第１プラズマ生成領域Ｒ１が生じる第１真空ダクト２１には、第１種のガスＧ１が導入される第１ガス導入口３１が設けられる。また、第２プラズマ生成領域Ｒ２が生じる第２真空ダクト２２には、第２種のガスＧ２が導入される第２ガス導入口３２が設けられる。
【００２３】
本実施形態では、第１ガス導入口３１から導入される第１種のガスＧ１と、第２ガス導入口３２から導入される第２種のガスＧ２とは、互いに異なる種類のガスでも良いし、同じ種類のガスでも良い。
【００２４】
例えば、炭素イオン（重粒子線）ビームと陽子線ビームとを同時に発生させる場合には、ＣＨ４ガスのみを第１ガス導入口３１と第２ガス導入口３２との両方に導入すれば良い。一方、炭素イオンビームとアルゴンイオンビームとを発生させる場合には、ＣＨ４ガスを第１ガス導入口３１に導入するとともに、アルゴンガスを第２ガス導入口３２に導入する。
【００２５】
第１ガス導入口３１と第２ガス導入口３２は、それぞれ異なるガス供給装置に接続されており、それぞれのガス供給量を異ならせることができる。例えば、第１ガス導入口３１は、第１プラズマ生成領域Ｒ１に対応してガス供給量が調整される。また、第２ガス導入口３２は、第２プラズマ生成領域Ｒ２に対応してガス供給量が調整される。このようにすれば、イオンビームＢ１，Ｂ２の出力値である電流量に影響を与えるガス圧の制御を、プラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２に応じて行うことができる。
【００２６】
本実施形態では、複数のガス導入口３１，３２を設けることで、真空チャンバ２の内部の任意の位置のガス圧を操作することが可能となる。また、それぞれのガス導入口３１，３２から異なる種類のガスを導入することができるため、真空チャンバ２の内部の任意の位置における任意のガス種のガス圧を操作することが可能となる。
【００２７】
イオンビーム発生装置１で生成されるイオンビームＢ１，Ｂ２の電流量は、一般的に真空チャンバ２の内部のガス圧に強い依存性を持つことが知られている。よって、複数のガス導入口３１，３２を設けて、真空チャンバ２の内部の任意の位置のガス圧の操作が可能となることで、引き出されるビーム電流値の制御が、ガス導入口が１つの場合と比べて容易になる。また、複数のガス導入口３１，３２を設けて、それぞれのガス導入口３１，３２から異なるガスＧ１，Ｇ２を導入することで複数核種のイオンビームＢ１，Ｂ２を１つのイオンビーム発生装置１で生成することが可能となる。
【００２８】
なお、ガス導入口３１，３２に対する継管方法としては、ガス導入口３１，３２を真空チャンバ２に対して溶接しても良いし、継手を用いて接続しても良い。また、ガス導入口３１，３２の配管径の仕様として、１／８インチ、１／４インチ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍなどの配管径が用いられる。さらに、複数のガス導入口３１，３２が設けられる場合には、それぞれに異なる径を選択可能である。
【００２９】
第４真空ダクト２４には、第１プラズマ生成領域Ｒ１にて生じた第１排気ガスＶ１を排出させる第１排気口５１が設けられる。また、第３真空ダクト２３には、第２プラズマ生成領域Ｒ２にて生じた第２排気ガスＶ２を排出させる第２排気口５２が設けられる。
【００３０】
なお、第１排気口５１は、第２プラズマ生成領域Ｒ２よりも第１プラズマ生成領域Ｒ１に近い位置に設けられる。また、第２排気口５２は、第１プラズマ生成領域Ｒ１よりも第２プラズマ生成領域Ｒ２に近い位置に設けられる。
【００３１】
第１排気口５１と第２排気口５２は、それぞれ異なる真空ポンプに接続されており、それぞれの排気量を異ならせることができる。例えば、第１排気口５１は、第１プラズマ生成領域Ｒ１に対応して排気量が調整される。また、第２排気口５２は、第２プラズマ生成領域Ｒ２に対応して排気量が調整される。
【００３２】
このようにすれば、真空チャンバ２の内部のガス圧の制御のために行う排気ガスＶ１，Ｖ２の排気をプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２に応じて行うことができる。また、プラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２に応じて真空度を変えることで、イオンビームＢ１，Ｂ２の出力値を最適化することができる。
【００３３】
なお、排気口５１，５２と真空ポンプの接続方法は、真空フランジの接続などを用いたものとなる。また、真空封止の方法としては、ゴム製のＯリング、メタルガスケット、インジウム線材などの金属素材の圧着による接合方法となる。また、排気口５１，５２には、マイクロ波の漏えいを抑制するための機構として、メッシュまたはパンチングメタルなどの複数の小さな開口を有する金属素材を設けても良い。さらに、真空チャンバ２から開口部のみを残すように切削加工することで、高周波境界を形成することも可能である。
【００３４】
本実施形態では、複数の排気口５１，５２を設けることで、真空チャンバ２の内部の任意の位置におけるガス圧を操作することが可能となる。
【００３５】
イオンビーム発生装置１で生成されるイオンビームＢ１，Ｂ２の電流量は、一般的に真空チャンバ２の内部のガス圧に強い依存性を持つことが知られている。よって、複数の排気口５１，５２を設けて、真空チャンバ２の内部の任意の位置のガス圧の操作が可能となることで、引き出されるビーム電流値の制御が、排気口が１つの場合と比べて容易になる。
【００３６】
図１に示すように、第１プラズマ生成領域Ｒ１が生じる第１真空ダクト２１には、第１プラズマ生成領域Ｒ１で生じるプラズマＰ１に対応するマイクロ波Ｍ１を導入する第１マイクロ波導入口４１が設けられる。また、第２プラズマ生成領域Ｒ２が生じる第２真空ダクト２２には、第２プラズマ生成領域Ｒ２で生じるプラズマＰ２に対応するマイクロ波Ｍ２を導入する第２マイクロ波導入口４２が設けられる。
【００３７】
第１マイクロ波導入口４１と第２マイクロ波導入口４２とは、それぞれ異なるマイクロ波源に接続されており、それぞれのマイクロ波の周波数またはパワーを異ならせることができる。例えば、第１マイクロ波導入口４１に接続されるマイクロ波源では、第１プラズマ生成領域Ｒ１に対応して周波数またはパワーが調整される。また、第２マイクロ波導入口４２に接続されるマイクロ波源では、第２プラズマ生成領域Ｒ２に対応して周波数またはパワーが調整される。このようにすれば、イオンビームＢ１，Ｂ２の出力値に影響を与えるマイクロ波Ｍ１，Ｍ２の制御を、プラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２に応じて行うことができる。
【００３８】
マイクロ波導入口４１，４２には、円形導波管、矩形導波管、同軸導波管などのカプラーを介してマイクロ波源を接続する。なお、マイクロ波導入口４１，４２の開口部から直接マイクロ波を導入しても良い。カプラーとしては、例えば、ＴｉＮコーティングを施したセラミックの真空隔壁を用いて金属のループ状のアンテナと真空外の導波管とを接続する構成がある。または、同軸ケーブルを用いる場合には、Ｎコネクタ、Ｍコネクタ、ＢＮＣコネクタ、ＳＨＶコネクタなどを用いる。
【００３９】
本実施形態では、複数のマイクロ波導入口４１，４２を設けることで、真空チャンバ２の内部のプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２を操作することが可能となる。また、それぞれのマイクロ波導入口４１，４２から異なる周波数またはパワーのマイクロ波を導入することができる。そのため、真空チャンバ２の内部の任意の位置におけるプラズマ生成密度を操作することが可能となる。
【００４０】
イオンビーム発生装置１で生成されるイオンビームＢ１，Ｂ２の電流量は、一般的に真空チャンバ２の内部のマイクロ波の印加位置に強い依存性を持つことが知られている。よって、複数のマイクロ波導入口４１，４２を設けるようにし、真空チャンバ２の内部の任意の位置でマイクロ波印加が可能となることで、引き出されるイオンビームＢ１，Ｂ２の電流値の制御が、マイクロ波導入口が１つの場合と比べて容易になる。
【００４１】
また、複数のマイクロ波導入口４１，４２を設けるようにし、それぞれのマイクロ波導入口４１，４２から異なる周波数またはパワーのマイクロ波Ｍ１，Ｍ２を印加することで、複数核種のイオンビームＢ１，Ｂ２を１つのイオンビーム発生装置１で効率よく生成することが可能となる。
【００４２】
図３に示すように、真空ダクト２１〜２４同士は、絶縁部３を介して連結されている。この絶縁部３は、電気を通し難い絶縁体で形成される。この絶縁部３により、真空ダクト２１〜２４同士が互いに絶縁される。本実施形態では、第１真空ダクト２１に電圧を印加する第１電圧印加部１１と、第２真空ダクト２２に電圧を印加する第２電圧印加部１２とが設けられる（図２参照）。なお、絶縁部３は、テフロン（登録商標）、セラミック、ベークライトなどの絶縁体により形成される。
【００４３】
なお、真空ダクト２１〜２４と絶縁部３との接続方法は、真空フランジの接続などを用いたものとなる。また、真空封止の方法としては、ゴム製のＯリング、メタルガスケット、インジウム線材などの金属素材の圧着による接合方法となる。
【００４４】
本実施形態では、絶縁部３が設けられることで、第１真空ダクト２１と第２真空ダクト２２に、それぞれ異なる電圧を印加させることができる。なお、第１真空ダクト２１と第２真空ダクト２２に、同一の電圧が印加されても良い。このようにすれば、真空ダクト２１，２２に印加する電圧を異ならせることで、引き出されるイオンビームＢ１，Ｂ２の出力値をプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２に応じて異ならせることができる。
【００４５】
プラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２のそれぞれに対応する真空ダクト２１〜２４同士の間を絶縁する絶縁部３が設けられることで、それぞれのビーム引出口６１，６２に異なる電圧を印加することが可能となる。また、それぞれのビーム引出口６１，６２に異なる電圧を印加することが可能となることで、それぞれのビーム引出口６１，６２から引き出されるイオンビームＢ１，Ｂ２のエネルギーを、目的別に任意に設定することができる。
【００４６】
真空チャンバ２が環状を成すことで、イオンビームＢ１，Ｂ２の出力値を最大化できるとともに、イオンビームＢ１，Ｂ２の種類に応じてプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２を最適化することができる。
【００４７】
図２に示すように、本実施形態では、第１プラズマ生成領域Ｒ１から第１種のイオンビームＢ１を引き出す第１ビーム引出口６１と、第２プラズマ生成領域Ｒ２から第２種のイオンビームＢ２を引き出す第２ビーム引出口６２とが設けられる。つまり、ビーム引出口６１，６２は、プラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２のそれぞれに対応して設けられる。
【００４８】
また、ビーム引出口６１，６２は、互いに離間された磁場発生部７１〜７３の間に設けられる。このようにすれば、それぞれのプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２にて生成されたプラズマＰ１，Ｐ２からイオンビームＢ１，Ｂ２を引き出すことができる。なお、それぞれのビーム引出口６１，６２は、真空チャンバ２の接線方向に垂直な方向に延びている。そして、ビーム引出口６１，６２が延びる方向にイオンビームＢ１，Ｂ２が引き出される。
【００４９】
図４に示すように、ビーム引出口６１，６２には、真空チャンバ２から外方に突出された円錐形状を成す円錐部６３が設けられる。そして、この円錐部６３の周囲を覆う円筒形状を成す円筒部６４が設けられる。この円筒部６４の基端側は、絶縁部６５を介して真空チャンバ２に固定されている。なお、絶縁部６５は、セラミック、ガラスエポキシなどの絶縁体により形成される。
【００５０】
円筒部６４の内部には、カソードとしての陰極板６６が設けられる。なお、電圧印加部１１，１２から電圧が印加される真空チャンバ２および円錐部６３がアノードとしての陽極となる。
【００５１】
ビーム引出口６１，６２の先端部には、外方からビーム引出口６１，６２に向かってくる電子から陰極板６６を防護するための金属板から成る防護板６７が設けられる。なお、防護板６７には、円錐部６３に印加する電圧とは異なる電圧を印加することで、電子の逆走を防ぎ、真空チャンバ２およびビーム引出口６１，６２などの付属構成物の損傷を防止する。
【００５２】
円錐部６３と陰極板６６と防護板６７の中央部には、イオンビームＢ１，Ｂ２が通過する開口部が形成されている。なお、円錐部６３と陰極板６６と防護板６７の中央部に、その中央部以外にも複数の開口部を設けるようにしても良い。複数の開口部を設けることで、イオンビームＢ１，Ｂ２の電流値の空間電荷制限電流をイオンビームＢ１，Ｂ２全体で緩和するようにしても良い。
【００５３】
円錐部６３は、真空チャンバ２と同一の素材から一体的に削り出し工法により成形される。また、円錐部６３を真空チャンバ２とは別部材として成形し、その後に円錐部６３を真空チャンバ２に溶接しても良い。
【００５４】
真空チャンバ２に電圧が印加されると、その内部で生成されたプラズマＰ１，Ｐ２が、円錐部６３を通過して陰極板６６に向かってイオンビームＢ１，Ｂ２が引き寄せられる。そして、加速されたイオンビームＢ１，Ｂ２が陰極板６６を通過して外部に出力される。
【００５５】
本実施形態では、特定の核種、価数のイオンを１つの真空チャンバ２で同時に生成し、イオンビームＢ１，Ｂ２として引き出すことができる。また、１つのイオンビーム発生装置１で任意の多価イオン種を、同時に複数生成し、引き出すことができるので、従来、用途別に複数のイオンビーム発生装置が必要であった多目的なビームの利用を１つのイオンビーム発生装置１で行うことができる。また、多目的なビーム利用の際に、従来、複数個必要であったイオンビーム発生装置が１つでよくなることにより、加速器施設のコンパクト化、また、イオンビーム発生装置１の関連装置のコスト削減が期待できる。
【００５６】
次に、イオンビーム発生方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
まず、ステップＳ１１において、真空ポンプなどの機器を用いて真空チャンバ２の内部の空気を抜くことで、この真空チャンバ２の内部が真空にされる。
【００５８】
次のステップＳ１２において、磁場発生部７１〜７４により磁場を発生させて、真空チャンバ２の内部にプラズマ生成領域Ｒ１，Ｒ２を形成する。ここで、第１磁場発生部７１と第２磁場発生部７２とから生じる磁場により、第１真空ダクト２１の内部に第１プラズマ生成領域Ｒ１が形成される。第２磁場発生部７２と第３磁場発生部７３とから生じる磁場により、第２真空ダクト２２の内部に第２プラズマ生成領域Ｒ２が形成される。
【００５９】
次のステップＳ１３において、ガス導入口３１，３２からガスＧ１，Ｇ２を真空チャンバ２の内部に導入する。例えば、第１ガス導入口３１から第１種のガスＧ１を第１真空ダクト２１の内部に導入するとともに、第２ガス導入口３２から第２種のガスＧ２を第２真空ダクト２２の内部に導入する。
【００６０】
次のステップＳ１４において、マイクロ波導入口４１，４２からマイクロ波Ｍ１，Ｍ２を真空チャンバ２の内部に導入する。例えば、第１マイクロ波導入口４１から第１プラズマ生成領域Ｒ１に対応して周波数またはパワーが調整されたマイクロ波Ｍ１を第１真空ダクト２１の内部に導入するとともに、第２マイクロ波導入口４２から第２プラズマ生成領域Ｒ２に対応して周波数またはパワーが調整されたマイクロ波Ｍ２を第２真空ダクト２２の内部に導入する。
【００６１】
次のステップＳ１５において、電圧印加部１１，１２を用いて真空チャンバ２に電圧を印加する。例えば、第１電圧印加部１１を用いて第１真空ダクト２１に第１電圧値の電圧を印加するとともに、第２電圧印加部１２を用いて第２真空ダクト２２に第２電圧値の電圧を印加する。
【００６２】
次のステップＳ１６において、ビーム引出口６１，６２を用いてイオンビームＢ１，Ｂ２を引き出す。例えば、第１ビーム引出口６１を用いて第１プラズマ生成領域Ｒ１で生成された第１種のイオンビームＢ１を引き出すとともに、第２ビーム引出口６２を用いて第２プラズマ生成領域Ｒ２で生成された第２種のイオンビームＢ２を引き出す。
【００６３】
なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。
【００６４】
なお、本実施形態では、真空チャンバ２に２つのガス導入口３１，３２が設けられているが、真空チャンバ２に１つのガス導入口が設けられるものであっても良い。さらに、真空チャンバ２に３つ以上のガス導入口を設けても良い。
【００６５】
なお、本実施形態では、真空チャンバ２に２つの排気口５１，５２が設けられているが、真空チャンバ２に１つの排気口が設けられるものであっても良い。さらに、真空チャンバ２に３つ以上の排気口を設けても良い。
【００６６】
なお、本実施形態では、真空チャンバ２に２つのマイクロ波導入口４１，４２が設けられているが、真空チャンバ２に１つのマイクロ波導入口が設けられるものであっても良い。さらに、真空チャンバ２に３つ以上のマイクロ波導入口を設けても良い。
【００６７】
なお、本実施形態では、真空チャンバ２に２つのビーム引出口６１，６２が設けられているが、真空チャンバ２に３つ以上のビーム引出口が設けられるものであっても良い。さらに、本実施形態では、１つのビーム引出口６１が１つのプラズマ生成領域Ｒ１に対応しているが、３つ以上のビーム引出口が設けられる場合には、２つのビーム引出口が１つのプラズマ生成領域Ｒ１に対応しても良い。
【００６８】
なお、本実施形態では、真空チャンバ２が円形の環状を成しているが、その他の形態でも良い。例えば、真空チャンバが三角形の環状を成しても良いし、四角形の環状を成しても良い。
【００６９】
以上説明した実施形態によれば、プラズマ生成領域のそれぞれに対応して設けられ、プラズマ生成領域にて生成されたプラズマからイオンビームを引き出す少なくとも２つのビーム引出口を備えることにより、２つ以上のビーム引出し口を備える１つのイオンビーム発生装置から異なる種類のイオンビームを出力することができる。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１…イオンビーム発生装置、２…真空チャンバ、３…絶縁部、１１，１２…電圧印加部、２１〜２４…真空ダクト、３１，３２…ガス導入口、４１，４２…マイクロ波導入口、５１，５２…排気口、６１，６２…ビーム引出口、６３…円錐部、６４…円筒部、６５…絶縁部、６６…陰極板、６７…防護板、７１〜７４…磁場発生部、Ｂ１，Ｂ２…イオンビーム、Ｇ１，Ｇ２…ガス、Ｍ１，Ｍ２…マイクロ波、Ｐ１，Ｐ２…プラズマ、Ｒ１，Ｒ２…プラズマ生成領域、Ｖ１，Ｖ２…排気ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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