(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン源変換器と、
該プラズマチャンバと該負イオン源変換器との間の電子の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と、
該プラズマチャンバと該マイクロ波源とを電気的に絶縁するように構成されている少なくとも１つの導波管であって、該少なくとも１つの導波管は、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されているフランジを備える、少なくとも１つの導波管と
を備え、
該負イオン源変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、負イオン源。
【請求項２】
前記負イオン源は、連続波負イオン源である、請求項１に記載の負イオン源。
【請求項３】
前記プラズマチャンバは、高電圧を有し、前記マイクロ波源は、接地電位にある、請求項１に記載の負イオン源。
【請求項４】
イオン化される前記ガスは、水素であり、生成された前記ハイパーサーマル中性原子は、ハイパーサーマル中性水素原子であり、生成された該負イオンは、負水素イオンである、請求項１に記載の負イオン源。
【請求項５】
イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン源変換器と、
該プラズマチャンバと該負イオン源変換器との間の電子の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と
を備え、
該負イオン源変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、負イオン源。
【請求項６】
前記磁気フィルタは、前記プラズマチャンバと前記負イオン源変換器との間の接合部付近に周方向に提供される調整可能磁気双極子場を含む、請求項１に記載の負イオン源。
【請求項７】
負イオンを生成する方法であって、該方法は、
イオン化されるガスをプラズマチャンバ内に提供することと、
マイクロ波源から該プラズマチャンバへマイクロ波を伝送し、それにより、該ガスをイオン化することであって、その結果、該ガスのハイパーサーマル中性原子が生成される、ことと、
負イオン源変換器との相互作用を介して該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換することと、
ビーム形成機構を用いて該負イオンを抽出することと、
フランジを備える少なくとも１つの導波管を用いて、該プラズマチャンバと該マイクロ波源とを電気的に絶縁することであって、該フランジは、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されている、ことと
を含み、
該負イオン源変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、方法。
【請求項８】
磁気フィルタを用いて、前記プラズマチャンバと前記負イオン源変換器との間に提供される電子の温度を低減することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本願は、２０１３年７月９日に出願された米国仮出願第６１／８４４，０５４号の利益を主張し、この出願は、参照により、その全体が本明細書に援用される。
【０００２】
（分野）
本願は、概して、負イオン源の分野に関連する。より具体的には、本願は、ハイパーサーマル中性原子を生成し、セシウム加工された（ｃｅｓｉａｔｅｄ）変換錐体との相互作用を介してハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換し、負イオンを抽出して高電圧（〜３０ｋＶ）イオンビームにするためのシステムおよび方法に関連する。
【背景技術】
【０００３】
（背景情報）
この節は、特許請求の範囲に挙げられている本発明に対する背景またはコンテキストを提供するように意図される。本明細書の記載は、追及された概念を含み得るが、その概念は、必ずしも、以前に着想または追及された概念ではない。それゆえ、本明細書において他の態様で指し示されない限り、この節に記載されているものは、本願における記載および特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、かつ、この節の中に含まれていることによって先行技術であるとは認められない。
【０００４】
イオン源は、基礎科学研究、医療用途および半導体生成を含む広範囲の用途にわたって使用されている。多くの場合、かなり大きく複雑かつ高価なシステムの性能および信頼性が、大きさおよび費用に関して全システムのうちの相対的にごく一部に相当するイオン源の性能および信頼性によって限定される場合がある。したがって、イオン源技術における進歩は、相対的に速くシステム性能における劇的な改善につながる可能性がある。しかしながら、イオン源は、システムの残りの部分によって必要とされる場合があるので、高電流へ押し出されるときに信頼性問題を被る場合がある複雑なデバイスである。
【０００５】
寿命および信頼性の問題は、既存の負イオン源（例えば、負水素（Ｈ−)イオン源））について特に煩わしい。それにもかかわらず、負イオン源は、多くの用途について下流システム構成要素が正イオンではなく負イオンを要求する事実に因り、依然として、広範囲の用途にわたって一般的に使用されている。従来の負イオン源は、例えば、たった数百時間の相対的に短い寿命を有し得る。この寿命は、さらに、全力（例えば、１５ｍＡ）で動作されるときでさえ減少する。さらに、従来の負イオン源は、下流真空構成要素上の高い電力要件（１５ｋＷ）および高いガス装填（１８〜２０ｓｃｃｍ）を含む他の問題に直面し得る。
【０００６】
信頼性のある長寿命負イオン源は、光起電性半導体用途、同位体生成および同位体分離、サイクロトロン注入システム、ならびに加速器質量分析のためのシリコン割断における用途を有する。サイクロトロンは、医療分野および産業分野にわたって広く使用されている。技術が発展し続けると、イオン源注入器が、ビーム電流および加速器の性能に関する限定要因となり得るように思われる。正イオンではなく負イオンをサイクロトロン内に注入することが望ましい技術的理由、および、既存のイオン源の低電流かつ短寿命が次世代サイクロトロンの性能を潜在的に限定するいくつかの技術的理由が存在する。同様に、イオンビームが、半導体産業において広範囲の設定において使用されている。より良いイオン源は、全ての現代のＩＣベースの技術の基礎的要素（ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｂｌｏｃｋ）である回路部品用のより安価でより効率的かつより有効な生成技術に変わる。
【０００７】
別の例において、負イオン源は、磁気閉じ込め融合エネルギーの分野において使用され得る。核融合反応に基づくエネルギー源が、事実上無害の副産物と共に本質的に無限量のクリーンエネルギーを潜在的に提供するので、数十年間、科学者は、そのエネルギー源を発展させようとしてきた。融合エネルギー技術は、過去数十年間にわたって非常に進歩してきたとはいえ、依然として、クリーン融合エネルギー炉の発展を妨げたいくつかの技術的課題が存在する。融合エネルギーによって直面する１つの課題は、信頼性のない高電流負イオン源である。既存の負イオン融合射出器は、上述されている多くの欠如を被るフィラメントおよび／または磁気的に結合されたプラズマを使用する。信頼性のある長寿命負イオン源は、劇的に、イオン源変換効率、寿命、信頼性および電流出力を増大させる。そのような負イオン源を発展させることは、クリーンで信頼性のある融合エネルギー源を発展させることに向けての大きな一歩であり得る。
【０００８】
高ＤＣ電流出力（１０ｍＡまで）を生成することが可能でありかつ長寿命（１ヶ月より大きい）を有する新しいタイプのイオン源に関連する技術を含む改善された技術の必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（要旨）
例示的な実施形態は、パルス波または連続波の負イオン源に関連し、負イオン源は、プラズマチャンバと、マイクロ波源と、負イオン源変換器と、磁気フィルタと、ビーム形成機構とを含む。プラズマチャンバは、イオン化されるガスを含む。マイクロ波源は、プラズマチャンバにマイクロ波を伝送し、それにより、ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にする。負イオン源変換器は、ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換する。磁気フィルタは、プラズマチャンバと負イオン源変換器との間の電子の温度を低減する。ビーム形成機構は、負イオンを抽出する。
【００１０】
別の実施形態は、プラズマチャンバと、マイクロ波源と、負イオン源変換器と、磁気フィルタと、ビーム形成機構とを含む連続波負イオン源に関連する。プラズマチャンバは、イオン化されるガスを含む。マイクロ波源は、プラズマチャンバにマイクロ波を伝送し、それにより、ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にする。負イオン源変換器は、ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換する。磁気フィルタは、プラズマチャンバと負イオン源変換器との間の電子の温度を低減する。ビーム形成機構は、負イオンを抽出する。
【００１１】
さらに別の実施形態は、負イオンを生成する方法に関連する。方法は、イオン化されるガスをプラズマチャンバ内に提供することと、マイクロ波源からプラズマチャンバへマイクロ波を伝送し、それにより、ガスをイオン化することであって、その結果、ガスのハイパーサーマル中性原子が提供される、ことと、負イオン源変換器との相互作用を介してハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換することと、ビーム形成機構を用いて負イオンを抽出することとを含む。
【００１２】
本開示の追加の特徴、利点および実施形態は、以下の詳細な説明、図面および特許請求の範囲の考察から記載され得る。さらに、本開示の前記要旨と以下の詳細な説明との両方は、例示的であり、請求されている本開示の範囲をさらに限定することなく更なる説明を提供するように意図されることが理解されたい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン源変換器と、
該プラズマチャンバと該負イオン源変換器との間の電子の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と
を備える、負イオン源。
（項目２）
前記負イオン源は、負イオン源である、項目１に記載の負イオン源。
（項目３）
前記プラズマチャンバは、高電圧を有し、前記マイクロ波源は、接地電位にある、項目１に記載の負イオン源。
（項目４）
前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するように構成されている導波管をさらに備え、該導波管は、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されているフランジを備える、項目１に記載の負イオン源。
（項目５）
複数の導波管が、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するために使用される、項目４に記載の負イオン源。
（項目６）
イオン化される前記ガスは、水素であり、生成された前記ハイパーサーマル中性原子は、ハイパーサーマル中性水素原子である、項目１に記載の負イオン源。
（項目７）
前記マイクロ波源は、２．４５ＧＨｚマイクロ波源を含む、項目１に記載の負イオン源。
（項目８）
前記負イオン源変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、項目１に記載の負イオン源。
（項目９）
前記磁気フィルタは、前記プラズマチャンバ前記負イオン変換器間の接合部付近に周方向に提供される調整可能磁気双極子場を含む、項目１に記載の負イオン源。
（項目１０）
前記ビーム形成機構は、３０ｋＷの電圧において前記負イオンを抽出する、項目１に記載の負イオン源。
（項目１１）
イオン化されるガスを含むプラズマチャンバと、
マイクロ波を該プラズマチャンバに伝送し、それにより、該ガスをイオン化して、ハイパーサーマル中性原子を含む原子種にするように構成されているマイクロ波源と、
該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換するように構成されている負イオン変換器と、
該プラズマチャンバと該負イオン変換器との間に提供される電子密度の温度を低減するように構成されている磁気フィルタと、
該負イオンを抽出するように構成されているビーム形成機構と
を備える、負イオン源。
（項目１２）
前記プラズマチャンバは、高電圧を有し、前記マイクロ波源は、接地電位にある、項目１１に記載の負イオン源。
（項目１３）
前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するように構成されている導波管をさらに備え、該導波管は、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されているフランジを備える、項目１１に記載の負イオン源。
（項目１４）
複数の導波管が、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁するために使用される、項目１３に記載の負イオン源。
（項目１５）
前記マイクロ波源は、２．４５ＧＨｚマイクロ波源を含む、項目１１に記載の負イオン源。
（項目１６）
前記負イオン変換器は、円錐形状のセシウム加工された表面を備える、項目１１に記載の負イオン源。
（項目１７）
前記磁気フィルタは、前記プラズマチャンバと前記負イオン変換器との間の接合部付近に周方向に提供される調整可能磁気双極子場を含む、項目１に記載の負イオン源。
（項目１８）
前記ビーム形成機構は、３０ｋＷの電圧において前記負イオンを抽出する、項目１に記載の負イオン源。
（項目１９）
負イオンを生成する方法であって、該方法は、
イオン化されるガスをプラズマチャンバ内に提供することと、
マイクロ波源から該プラズマチャンバへマイクロ波を伝送し、それにより、該ガスをイオン化することであって、その結果、該ガスのハイパーサーマル中性原子が生成される、ことと、
負イオン源変換器との相互作用を介して該ハイパーサーマル中性原子を負イオンに変換することと、
ビーム形成機構を用いて該負イオンを抽出することと
を含む、方法。
（項目２０）
磁気フィルタを用いて、前記プラズマチャンバと前記負イオン源変換器との間に提供される電子密度の温度を低減することをさらに含む、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
フランジを備える導波管を用いて、前記プラズマチャンバと前記マイクロ波源とを電気的に絶縁することをさらに含み、該フランジは、該導波管における遮断部が空気で遮られることを可能にするように構成されている、項目１９に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の更なる理解を提供するために含まれている添付図面は、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本開示の実施形態を示し、かつ、詳細な説明と一緒に、本開示の原則を説明するのに役立つ。本開示の基礎的理解および実施され得る様々な方法に必要であり得るよりも詳細に本開示の構造的な詳細を示す試みは全くなされない。
【００１４】
【図１】図１は、負イオン源の例示的な実施形態の平面図である。
【００１５】
【図２】図２は、図１の負イオン源の概略平面図である。
【００１６】
【図３】図３は、線Ｇ−Ｇを通した、図１の負イオン源の断面図である。
【００１７】
【図４】図４は、線Ｇ−Ｇを通した、図１の負イオン源の概略断面図である。
【００１８】
【図５】図５は、図１の負イオン源の導波管の導波管遮断部の等尺断面図である。
【００１９】
【図６】図６は、図５の導波管の等尺断面図である。
【００２０】
【図７】図７は、図５の導波管の平面図である。
【００２１】
【図８】図８は、図５の導波管の側面図である。
【００２２】
【図９】図９は、図１の負イオン源のマイクロ波源の概略側面図である。
【００２３】
【図１０】図１０は、図１の負イオン源のマイクロ波源の概略正面図である。
【００２４】
【図１１】図１１は、図１の負イオン源のマイクロ波源の概略平面図である。
【００２５】
【図１２】図１２は、図１の負イオン源のマイクロ波源の概略等尺図である。
【００２６】
【図１３】図１３は、図１の負イオン源の負イオン変換器の正面図である。
【００２７】
【図１４】図１４は、図１の負イオン源の負イオン変換器の別の正面図である。
【００２８】
【図１５】図１５は、図１の負イオン源の略図である。
【００２９】
【図１６】図１６は、図１の負イオン源の別の略図である。
【００３０】
【図１７】図１７は、図１の負イオン源の別の略図である。
【００３１】
【図１８】図１８は、図１の正イオン源の写真である。
【００３２】
【図１９】図１９は、中性原子の衝撃（ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）下のセシウム加工されたモリブデン表面の逆イールドを示すグラフである。
【００３３】
【図２０】図２０は、Ｈ２分子についての潜在エネルギー図である。
【００３４】
【図２１】図２１は、電子インパクトＨ２分子解離断面積を示している。
【００３５】
【図２２】図２２は、電子温度によって特徴付けられたマクスウェル分布からのエネルギーとの電子衝突を介した、Ｈ２分子の計算された解離速度を示している。
【００３６】
【図２３】図２３は、ｅ＋負衝突における電子脱離についての断面積を示している。
【００３７】
【図２４】図２４は、２チャンバマルチカスプ型負イオン源についてのＬａｎｇｍｕｉｒプローブ測定を示している。
【００３８】
【図２５】図２５は、Ｌｅｅからの１９９３結果を示している。示されているのは、Ｌｉｓｉｔａｎｏコイルイオン源およびＣｓ変換器を使用した、ガス流量の関数として測定された負電流密度である。
【００３９】
【図２６】図２６は、Ｈｏ＋Ｈ−システムについての共鳴電荷交換を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（詳細な説明）
詳細に例示的な実施形態を示している図に戻る前に、本開示が、説明に記載されているかまたは図に示されている詳細または方法論に限定されないことを理解されるべきである。専門用語はただ説明の目的のためだけであることも理解されるべきであり、限定とみなされるべきではない。同じまたは同様の部品を参照するために図面全体を通して同じまたは同様の参照数字を使用する努力がなされている。
【００４１】
８７５ガウス磁場の存在下でのガス中の２．４５ＧＨｚマイクロ波の共振相互作用を使用する正イオン源における最近の進歩は、強烈なＤＣ正イオンビームにつながった。１ｋＷのマイクロ波電力を使用してガスを正イオンに変換することにおいて、２５パーセント効率が通常見られてきた。マイクロ波イオン源は、それらの本来のＤＣ動作能力に因り商業的使用において次第に一般的となっている。
【００４２】
概して図を参照すると、例示的な実施形態は、セシウム加工された表面との相互作用を介してハイパーサーマル原子（２〜５ｅＶ）を生成する機構を使用するときに数ヶ月間１０ｍＡを上回って確実に動作する能力がある負イオン源１００と、２．４５ＧＨｚにおける電子サイクロトロン共鳴を利用するマイクロ波イオン源によって発生させられた中性原子ビームを伴う大量負イオン生成技術とに関連する。ＣＷ負イオン源１００は、高電流高信頼性長寿命負イオン源である。
【００４３】
そのような負イオン源を生産するために、負イオン源の表面製品が、セシウム加工された低仕事関数表面からハイパーサーマル原子を散乱することによって、作り上げられる。ハイパーサーマル原子エネルギーは、２ｅＶより大きい原子エネルギーを指す。セシウム加工されたモリブデン表面に投射した原子水素（Ｈｏ）からの逆イールドが、図２３に示されている。４つの点が測定結果であり、実線は、理論的予測である。ハイパーサーマルの寄与は、（１／ｋＴ）＜１の範囲において起こる。
【００４４】
Ｂｒｉａｎ  Ｓ．ＬｅｅおよびＭ．Ｓｅｉｄｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１（２４），２８５７（１９９２）（以下、「Ｌｅｅ」）（この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される）に記載されているＳｔｅｖｅｎｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｗｏｒｋ以来起こってきた著しい進歩は、実用的かつ証明された２．４５ＧＨｚマイクロ波Ｈ＋源（ＭＷＳ）の発展である。この発展は、例えば、Ｔｅｒｅｎｃｅ  ＴａｙｌｏｒおよびＪｏｈｎ  Ｓ．Ｃ．Ｗｉｌｌｓ，Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ３０９，３７（１９９１）（以下、「Ｔａｙｌｏｒ」）に記載されており、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。ＭＷＳの高いガスおよび電圧効率は、プラズマ発生器が中性原子ビームの効率的生成も提供するべきであることを示唆している。２．４５ＧＨｚＭＷＳプラズマ発生器は、多くの異なる産業応用に対して多くの研究室においてＣＷモード動作を実証した。この目的のために以前に研究された他の中性原子発生器は、マルチカスプ型源、アーク放電源および２．４５ＧＨｚＬｉｓｉｔａｎｏコイル源である。
【００４５】
負ビーム電流および発射考察
【００４６】
円形口について、正規化されたｒｍｓ発射（εｒｍｓ，ｎ）と抽出された負イオン電子温度との間の関係が、以下のように記載されている：
【数１】
0006407991.tif 000002
ここで、ｒは、発射口の半径であり、ｋＴは、プラズマイオン温度であり、ｍｃ２は、負イオンの静止質量である。
【００４７】
発射に関連する概念は、ビーム輝度Ｂである。これは、Ｂ＝Ｉ／（εｘεｙ）として定義され、ここで、εｘおよびεｙは、横ビーム発射である。軸対称源が予期される本開示の目的のために、Ｂの定義は、
【数２】
0006407991.tif 000003
となり、ここで、εｒは、（ｒ，ｒ’）間隔におけるビーム発射である。１つの実施形態において、所望される電流は、Ｉ＝１０〜１５ｍＡである。
【００４８】
負イオン電流密度ｊ−が、以下の等式によって定義される：
【数３】
0006407991.tif 000004
【００４９】
等式（３）をｒについて解き、その関係を等式（１）へ代入し、次いで、等式（２）における発射式を使用する場合、ビーム輝度についての以下の式に到達する：
【数４】
0006407991.tif 000005
【００５０】
等式（４）に従って、より明るいイオン源が、抽出される電流密度ｊに比例して関連し、イオン温度ｋＴに反比例して関連する。
【００５１】
上述されている等式を使用すると、理論的な例１において、イオン発射口は、半径ｒ＝０．４  ｃｍおよびＩ＝１０ｍＡを有する。等式（３）は、ｊ‐＝２０  ｍＡ／ｃｍ２を与える。５００ｍＡ／ｃｍ２の原子ハイパーサーマル水素密度がＬｅｅにおいて測定されたことを考慮すると、少なくとも４％のこの原子水素束が負イオンに変換される可能性がかなりある。さらに、数ｅＶのイオン温度を等式（１）へ置換することは、０．２５（πｍｍ−ｍｒａｄ）の高周波四重極（ＲＦＱ）入力ビーム設計の発射より大幅に低い正規化されたｒｍｓ発射（ｒｍｓ正規化された（εｒｍｓ，ｎ））を与える。したがって、［１］において報告される並列の負イオンエネルギー測定から、少しのｅＶの負イオン温度が予期される。
【００５２】
以下の節は、セシウム加工された変換器表面に現代的な２．４５ＧＨｚマイクロ波プラズマ源を結合することに対する詳細を提供する。次いで、負イオンビームを３５ｋｅＶまで同時に加速し、寄生性の電子成分を分離するイオン抽出システムが提案される。目標は、（６時間より大きい）長い実行時間（ｒｕｎ  ｔｉｍｅ）の負イオン源を用いた上述されているビーム質を達成することである。
【００５３】
ハイパーサーマル中性水素原子発生
【００５４】
図を参照すると、ＣＷ負イオン源１００を生成するためのシステムの例示的な実施形態は、マイクロ波源１１０と、イオン源プラズマチャンバ１２０と、導波管１３０と、磁気フィルタ１４０と、負イオン変換器１５０と、負イオンビーム形成機構１６０とを含む。
【００５５】
１つの実施形態において、マイクロ波源１１０は、２．４５ＧＨｚマイクロ波源である。マイクロ波源１１０は、分子ガスを原子種（具体的には、ハイパーサーマル中性原子）に変換するためにイオン源プラズマチャンバ１２０内に提供されたガスをイオン化するマイクロ波を伝送するように構成されている。マイクロ波源１１０は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）原理に基づいて働き、したがって、〜８７５Ｇの軸上磁場を要求する。図１８は、正重水素イオン源を示している。
【００５６】
ＭＷＳは、一貫して、高いガス効率および高い陽子割合（〜９０％）を実証してきた。ガス効率ｈは、荷電粒子ビームに変換される（分子ガスの形態における）陽子または重陽子ガス核の割合として定義される。実用単位において、ｈは、
【数５】
0006407991.tif 000006
によって与えられる。
【００５７】
Ｌｏｓ  ＡｌａｍｏｓにおけるＬＥＤＡ陽子加速器が、Ｊｏｓｅｐｈ  Ｄ．  Ｓｈｅｒｍａｎ，  ｅｔ．  ａｌ．，Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ７３（２），  ９１７（２００２）に記載されており、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。ＬＥＤＡ陽子加速器は、９０％の陽子割合における４．１ｓｃｃｍのガス流量において１５４ｍＡの水素イオンを生成した。これは、ｈＨｎ＋＝０．２６を与える。比較して、本願の重陽子イオン源は、１．９ｓｃｃｍのガス流量の状態で、４５ｋｅＶのビームエネルギーにおいて５３ｍＡまで生成した。これは、重陽子イオン生成効率ｈＤｎ＋＝０．１９を与える。
【００５８】
理論的には、分子から中性原子へ解離した後に中性原子から正イオンへイオン化することは、分子から負分子イオンへイオン化した後に負分子イオンから正イオンへ解離するより可能性が高い。したがって、良い原子イオン源は、良い中性原子ビーム源でもあるべきである。ＬＥＤＡ  ＭＷＳにおいて見られる１５０ｍＡのビーム電流は、０．９ｘ１０１８の荷電粒子／ｓｅｃ（ｐ／ｓ）に対応する。４．１ｓｃｃｍのＨ２ガス流量において、当該源に入るいくつかの中性水素原子は、３．７ｘ１０１８  ｐ／ｓである。当該源を出る荷電粒子についてこの後者の数字を訂正することは、当該源を出る２．８ｘ１０１８の中性水素原子／ｓをもたらす。ＬＥＤＡイオン源についての発射口半径は、０．４３ｃｍであり、これは、０．５８ｃｍ２の面積を与える。ＬＥＤＡ  ＭＷＳを出る全ての中性粒子が、解離したＨ２分子の形態である場合、Ｈｏ電気的等価電流密度は、７４７ｍＡ／ｃｍ２である。それゆえ、１０ｍＡ／ｃｍ２の負イオン源として機能させるために、中性原子から負イオンへの１．３％の変換効率が要求される。
【００５９】
ハイパーサーマルＨｏ（エネルギー＞２ｅＶ）が、Ｂｒｉａｎ  Ｓ．Ｌｅｅ，「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｉｏｎｓ  ｂｙ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍａｌ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ａｔｏｍｓ」、Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｔｅｖｅｎｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃａｓｔｌｅ  Ｐｏｉｎｔ  Ｓｔａｔｉｏｎ，  Ｈｏｂｏｋｅｎ，ＮＪ（１９９３）（以下、「Ｂｒｉａｎ  Ｓ．  Ｌｅｅ」）に記載されているＨ２分子のＦｒａｎｃｋ−Ｃｏｎｄｏｎ解離機構を通して高温電子プラズマによって発生させられ得、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。Ｈ２分子およびＨ２＋分子についての３０ｅＶまでの電子状態についての潜在エネルギー曲線において、Ｆｒａｎｃｋ−Ｃｏｎｄｏｎ領域が、図２０に示されている。解離したＨｏおよびＨ＋についての始まりおよび最小分離エネルギーが示されている。Ｈ２分子についての解離断面積が、図２１に示されている。図２０および図２１の両方は、Ｈ２分子の直接解離についての約８．８ｅＶの電子エネルギー閾値を指し示す。（温度ｋＴｅでのマクスウェル分布に基づく）解離断面積および電子速度から計算された反応速度＜ｓｖ＞が、図２２に示されている。解離反応速度は、８ｅＶの電子温度付近で飽和する傾向がある。
【００６０】
Ｔａｙｌｏｒは、ダブル円筒Ｌａｎｇｍｕｉｒプローブ測定が２０ｅＶの電子温度を典型的に与えたことを報告した。この高温は、Ｈ２解離反応速度を図２２の飽和部分の状態にする。上述されている理論と組み合わせられるこの実験的データは、本願の負イオン源において分子解離速度が高いことを示唆している。
【００６１】
式（４）〜式（５）は、Ｈｏの生成速度および消失速度についての連続式である。
【数６】
0006407991.tif 000007
ここで、
【数７】
0006407991.tif 000008
プラズマ電荷中性（ｎ＋＝ｎｅ）を引き起こし、ｊ＋＝ｎ＋ｖ＋＝０．２６Ａ／ｃｍ２から抽出される正電流密度からｎ＋について解き、１ｅＶの妥当なプラズマイオン温度からｖ＋をとることによって、以下の式（７）が取得される：
【数８】
0006407991.tif 000009
【００６２】
ＬＥＤＡ  ＭＷＳにおけるＨ２の密度（ｎ（Ｈ２））が、０．８６ｃｍ直径の発射口を通る分子Ｈ２流量を想定し、かつ、４ｓｃｃｍＨ２ガス流量における源圧力（Ｔ）を計算し、かつ、ロシュミット数を用いて源圧力を数密度に変換することによって、見出される。その結果は、
【数９】
0006407991.tif 000010
である。
【００６３】
式（６）からＨｏ束（ｏ）について解き、図２１からＬＥＤＡイオン源パラメータと最大＜ｓｖｅ＞＝７．８ｘ１０−９ｃｃ／ｓとを代入すると、
【数１０】
0006407991.tif 000011
が見出される。ここで、ａ＝１が仮定される。ＦＨｏを電荷等価に変換すると、当業者は、１．０５６Ａ／ｃｍ２を計算する。上記において、最高Ｈｏ束が０．７５Ａ／ｃｍ２であることが見出された。この分析は、ＴＥ１００モードにおける２．４５ＧＨｚＭＷＳがハイパーサーマルＨｏの優れた源である可能性があることを示唆している。図１５は、提案されている２．４５ＧＨｚＨｏ源の中の主要構成要素の概念アニメーションを示している。
【００６４】
高電圧におけるプラズマチャンバ１２０と、接地電位におけるマイクロ波源１１０とを有することが望ましい。したがって、プラズマチャンバ１２０およびマイクロ波源１１０は、電気的に絶縁されなければならない。これは、マイクロ波源１１０によって発生させられたマイクロ波をプラズマチャンバ１２０内へ導波管１３０を介して伝送することによって成し遂げられる。
【００６５】
１つの実施形態において、導波管１３０は、略円盤形状であり、フランジ１３１と、導波管１３０の中心における導波管遮断部３１２とを含む（図６および図７を参照のこと）。導波管遮断部３１２は、空気で遮られるように構成されている。複数の導波管１３０が、積み重ねられ得るか（図５参照のこと）、または単一の導波管１３０が、マイクロ波源１１０からプラズマチャンバ１２０までマイクロ波電力を送達するために使用され得る。導波管１３０は、導波管の据え付けおよびメンテナンスを容易にするために、導波管遮断部３１２の一方の端部１３０Ａにおいて、剛性であり得る一方で、導波管遮断部３１２の他方の端部１３０Ｂ（すなわち、プラズマチャンバ１２０に最も近い端部）において、可撓性であり得る。
【００６６】
導波管１３０は、商業的に利用可能な構成要素（例えば、方向性結合器１３３、自動調整器１３４およびサーキュレータ１３５）を含み得る。方向性結合器１３３は、マイクロ波の進行電力と反射電力との両方を決定するためにマイクロ波の位相および振幅を検出するように構成されている。自動調整器１３４は、負荷インピーダンス（すなわち、プラズマチャンバ１２０のインピーダンス）を源（すなわち、マイクロ波源１１０）のインピーダンスに合致させるように構成されており、それによって、反射電力を低減し、かつプラズマチャンバ１２０に対する結合電力を最大化する。マイクロ波源１１０とプラズマチャンバ１２０との間のインピーダンスを合致させるために、スタブ１３６が、自動調整器１３４によって発生させられた命令に基づいて導波管１３０に沿って異なる長さおよび様々な深さで挿入され得る。サーキュレータ１３５は、波動伝播の方向に基づいて特定のポートへマイクロ波を選択的に方向付けるように構成されている３ポートデバイスである。反射されたマイクロ波エネルギーからマイクロ波源１１０を保護するため、およびマイクロ波発生の効率を増大させるために、サーキュレータ１３５は、逆電力を緩和するように構成されている「ダミー」負荷を含み得る。
【００６７】
負イオン変換
【００６８】
負イオン変換器１５０が、原子ビームをセシウム加工表面１５１（例えば、セシウム加工されたモリブデンプレート）上へ方向付けるように構成されており、そこでは、原子ビームが、セシウム触媒作用を介して負イオンに変換される。負イオン変換器１５０の表面は、負電位にあり、その結果、負イオンが、周囲の８７５ガウス磁場によって加速および偏向される。負イオン変換器１５０は、低エネルギー負イオンビームを形成するために、負イオン抽出に適した発射穴に隣接して位置する。イオンビーム診断が、（熱量測定の）中性粒子エネルギー、中性粒子束および電子温度ならびに抽出器付近の密度をモニターするために提供され得る。
【００６９】
負イオンビームは、軽減されたプラズマ密度環境において形成される。中性原子は、ホット電子およびコールド電子ならびに正イオンを含む他の荷電粒子によって付随されている２．４５ＧＨｚプラズマチャンバを出る。負イオン変換器１５０の領域における高温電子密度を低減することが重要である。温度が低減されなかった場合、例えば、負イオン源の効率が減少させられる。周知の負イオン源解離断面積（図２３を参照のこと）が、エネルギー＞２ｅＶを有する電子による負イオンのインパクトである。Ｈｏ電子親和力が０．７５ｅＶであるので、１ｅＶ未満の電子エネルギーにおける断面積の急速減少が生じる。この出来事を起こらないようにするために、プラズマチャンバ１２０および負イオン変換器１５０は、磁気フィルタ１４０によって分離されている。１つの実施形態において、磁気フィルタ１４０は、調整可能磁気双極子場にあり得る。磁気フィルタ１４０は、プラズマチャンバ１２０と負イオン変換器１５０との間の接合部付近に周方向に提供される。
【００７０】
Ｋ．Ｎ．Ｌｅｕｎｇ，Ｋ．Ｗ．ＥｈｌｅｒｓおよびＭ．Ｂａｃａｌ，「Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｉｏｎｓ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｍｕｌｔｉｃｕｓｐ  Ｓｏｕｒｃｅｓ」，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．５４（１），５６（Ｊａｎｕａｒｙ，１９８３）（以下、「Ｌｅｕｎｇ」）（この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される）に記載されているように、発射領域における電子温度を低減するためにＨｏ生成チャンバと負抽出領域との間で磁気フィルタ１４０を使用する磁気フィルタ技術が示された。図２４は、磁気フィルタ処理されたカスプ型磁場負源においてとられた、ＬｅｕｎｇからのＬａｎｇｍｕｉｒプローブ測定を示している。その図の上部は、源チャンバにおけるプローブトレースを示しており、そこでは、１．４ｅＶの電子温度が測定されている。図２４の下部は、抽出チャンバにおけるプローブトレースを示しており、電子温度は、０．３５ｅＶまで低減された。マイクロ波源において見られるかなり高い電子温度を考慮すると、磁気フィルタは、電子温度を低減させるために要求される。
【００７１】
変換器および抽出器領域における高い負イオン温度を含む課題と高温電子密度を低減させる困難さとに対処するために、本システムは、長寿命かつ高電流密度のＤＣ負イオン源を生成する。さらに、負イオン源は、既存の高電流負イオン源に対して、電力要件を８５％減少させ、かつ下流ガス負荷を８０％減少させ得る。
【００７２】
図１７は、負イオン生成および抽出領域の概略レイアウトを示している。中性原子は、右から左へ進み、プラズマチャンバ１２０（すなわち、中性原子発生器）から双極子磁気フィルタ１４０を通して移動する。速い電子は、源粒子束からフィルタ１４０によって取り除かれる。遅い電子および正イオンは、Ｌｅｕｎｇに記載されている機構によってフィルタ１４０を通過する。中性原子は、フィルタ場を通過し、いくつかの中性束は、負イオン変換器１５０（すなわち、セシウム加工されたモリブデン表面変換器）にぶつかる。これは、（図１９に示されているような）中性原子変換効率によって決定される収率での負イオン形成につながる。負イオン源変換器１５０は、例えば、長い円錐形であり得（図１７を参照のこと）、それにより、負イオン生成のために表面領域を最大化し、かつ、表面生成された負イオンを捕捉するために可能な限り大きい立体角を提供する。
【００７３】
セシウム加工されたモリブデン表面は、セシウムディスペンサからのセシウム金属の第１の適用の前に、熱せられるべきである。連続的にＣｓを供給することにより、最適な負イオン収率のために低仕事関数表面を維持する必要があり得る。いくらかの少ない負電圧を変換器にかけることが負イオン収率を向上させ得るので、変換器表面も、地面から絶縁されるべきである。
【００７４】
図１９に示されている合計の負イオン収率＜Ｙ（ｋＴ）＞が、（１/ｋＴ）に対して、プロットされている。この量は、後方散乱した原子の垂直エネルギーの関数として負イオン収率上のマクスウェル中性原子エネルギー分布の全体から取得される。（１/ｋＴ）の４〜６ｅＶの範囲に位置する、図１９における点は、熱原子収率測定からとられる。実線は、金属表面から反射された中性電子への予測される電子移動についての理論的結果である。
【００７５】
Ｌａｎｇｍｕｉｒプローブ測定は、イオン源の変換器領域における磁気フィルタ後になされる。Ｌｅｕｎｇにおいて使用されたフィルタから改変されたフィルタが、マイクロ波の高い電子温度のせいで、要求される可能性が高い。連続調整可能電磁石が好まれ得る。
【００７６】
負イオン抽出
【００７７】
負イオンは、負イオンビーム形成機構１６０を介して抽出される（図３および図４を参照のこと）。負イオン変換器１５０からの負イオン抽出は、磁場のない領域において行われるので、電子は、負イオン軌道に従う。当業者は、ｅ：負イオン比率＞１と予期するので、加速させられた電子の電力を放出することにいくらか注意を払わなければならない。負イオンおよび電子電流は、弱い磁場をかけることによってビームが最大限のエネルギーに達した後に、分離される。次いで、イオン源本体は、負イオンビームの屈曲角によって加速器ビーム線からオフセットされる。適した水冷却ビームダンプが、電子ダンプ位置において据え付けられる。Ｊａｃｋ  Ｂｏｅｒｓ，Ｐｒｏｃ．Ｏｆ  ｔｈｅ  １９９５  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ  Ｃａｔａｌｏｇ  Ｎｕｍｂｅｒ  ９５ＣＨ３５８４３，ｐ．２３１２；Ｒ．Ｆ．Ｗｅｌｔｏｎ，ｅｔ．ａｌ．，Ｒｅｖ．ｏｆ  Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．７３（２），１０１３（２００２）（この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される）に記載されているようなＰＢＧＵＮＳシミュレーションコードが、最適化された負イオン抽出システムを設計、シミュレーションおよび検証するために使用され、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。
【００７８】
負イオンビーム形成機構１６０における発射口は、式（１）〜（４）に要約されている負イオンビーム生成、発射およびビーム輝度要件のために最適化されなければならない。］Ｓｔｅｖｅｎｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｂｒｉａｎ  Ｓ．Ｌｅｅを参照のこと）において見出される結果が図２５に示されている。報告された最大測定された負イオン電流密度は、Ｌｉｓｉｔａｎｏコイルイオン源を使用して〜４２０Ｗのマイクロ波電力で０．２５ｍＡ／ｃｍ２だった（ＬｅｅおよびＢｒｉａｎ  Ｓ．Ｌｅｅを参照のこと）。０．８ｃｍ直径発射口まで狭まる４．０ｃｍの中性原子開口部直径を有する６．０ｃｍ長さのセシウム加工された円錐表面変換器が使用される場合、変換器表面積は、４７ｃｍ２である。この表面積と結び付けられる観察された０．２５ｍＡ／ｃｍ２電流密度は、１２ｍＡの負イオンを与える。さらに、イオン源は、少なくとも３倍大きいマイクロ波電力−少なくとも１２００Ｗで動作する。また、円錐形状変換器１５０表面は、発射口を通過しない負イオンを再利用し得る。この再利用は、変換器からの遅い負イオンと、プラズマ電極口の方へ方向付けられている、発生器からの遅い中性原子との相互作用に対して特に効果的である。この状況は、中性原子と相互作用する負イオンの大きい共鳴電荷交換をさせ、図２６に示されている。マイクロ波源の別の有益な特徴は、全ての粒子ガスの原子種への変換である。大多数の中性原子がハイパーサーマルエネルギーを下回ってプラズマチャンバを免れるとしても、かなり大きい中性原子束、およびプラズマ口付近の負イオンの再循環は、向上した負イオン生成につながる。
【００７９】
中性原子発生器の性能をチェックするための診断法
【００８０】
中性原子の速度および束は、後に負イオンを作り出すことにとって重要である。角度ｆａだけオフセットされているスロットを有する回転するディスクアセンブリが、中性原子速度をモニターするための診断具として提供され得る。回転するディスクアセンブリは、既知の距離Ｌだけ分離される。ビームパルス位置まで回転するための第２のスロットに対する回転時間に等しい中性原子のディスク間飛行時間を要求することによって、当業者は、等式を導き出す：
【数１１】
0006407991.tif 000012
ここで、ｗは、ｒａｄ／ｓにおける回転速度であり、ｂは、中性原子の相対論的速度であり、ｃは、光の速度である。この等式をｒｐｍに変換し、ｂを２ｅＶの中性原子の速度ととり、Ｌ＝２５ｃｍ、ｆａ＝２ｏとすると、２５０００ｒｐｍの回転速度が見出される。伝送される中性原子のための検出器が、負に付勢される金属ワイヤであり得、その結果、金属リボンとの中性原子相互作用によって発生させられる二次的な電子が検出される。
【００８１】
中性原子速度を決定するための他の方法が使用されてきた。Ｂｅｒｎａｒｄｏ  ＪａｄｕｓｚｌｉｗｅｒおよびＹａｔ  Ｃ．Ｃｈａｎ，「Ａｔｏｍｉｃ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  Ｏｕｔ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｍａｓｅｒ  Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｏｒｓ」，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｔｈｅ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｃｏｒｐ．，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ  ９２９５７，Ｌｏｓ  Ａｎｇｅｌｅｓ，ＣＡ  ９０００９（この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される）に記載されているような１つの方法は、不均一磁場と相互作用する中性原子の磁気モーメントを使用する。その作業は、分子のＲＦ解離装置（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｏｒ）を使用し、ハイパーサーマル中性原子に敏感だった。その作業は、約０．０６ｅＶの最高の原子エネルギーにつながった。分子解離から予測される〜２ｅＶエネルギーからのエネルギー低下は、非弾性過程に起因した。２ワイヤ電場およびチョッパーによって偏向されるアルカリクラスタ［１２］の電気的分極率が、速度情報を獲得するために使用された。
【００８２】
Ｚｏｒａｎ  ＰｅｔｒｏｖｉｃおよびＶｌａｄｉｍｉｒ  Ｓｔｏｊａｎｏｖｉｃ，「Ａｎｏｍａｌｏｕｓ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｌｉｎｅｓ  Ｄｕｅ  ｔｏ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｆａｓｔ  Ｎｅｕｔｒａｌｓ  ｉｎ  Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｏｗｎｓｅｎｄ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ」，Ｍｅｍ．Ｓ．Ａ．Ｉｔ．Ｖｏｌ  ７，１７２（２００５）；Ｋ．Ａｋｈｔａｒ，Ｊｏｈｎ  Ｓｃｈａｒｅｒ，およびＲ．  Ｉ．  Ｍｉｌｌｓ，「Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ  ｏｆ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｌｉｎｅｓ  ｉｎ  ＤＣ  ａｎｄ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  ＲＦ  Ｐｌａｓｍａｓ」，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４２，１３５２０７（２００９)．（これらの文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される）に記載されているように、光学分光法が、中性原子線の変則ドップラー拡大を研究するために使用されてきた。原子バルマー線を測定するために使用されることが可能である低価格の分光計が利用可能である。光学分光法は、実行するのに最も簡単な診断であり、光学分光法は、ハイパーサーマル中性原子分布対サーマル中性原子分布に関する所望の情報を与え得る。この診断が、中性原子のエネルギーおよび密度の測定のために導入するのに最も単純かつ最も安い診断であり得るので、この診断が十分考慮される。
【００８３】
中性原子ダイバージェンスおよびビームエネルギーモデルを取得することが、Ｅ．Ｃ．Ｓａｍａｎｏ，Ｗ．Ｅ．Ｃａｒｒ，Ｍ．Ｓｅｉｄｌ，およびＢｒｉａｎ  Ｓ．  Ｌｅｅ，  Ｒｅｖ．  ｏｆ  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．  ６４（１０），  ２７４６  （Ｏｃｔｏｂｅｒ，  １９９３）に議論されており、この文献の内容全体が、参照により、本明細書に援用される。原子的ビームダイバージェンスが、ＭｏＯ３フィルムにおける中性原子の燃焼パターンを取得することによって推測されることが可能である。中性原子の低減が、ＭｏＯ３フィルム（黄緑）をＭｏＯ２（青）に変化させる。異なる熱量計材料を用いた熱量測定が、中性原子ビームに関連付けられる温度増大を推測するために使用される。ハイパーサーマル中性原子でさえも、熱量計に対する予期される電力は、１Ｗまたはそれ未満であるので、熱量計設計において特別な注意を払う必要がある。
【００８４】
本明細書において利用されると、用語「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」および類似する用語は、本開示の主題に関係する一般的かつ当業者によって容認された語法に合わせて広い意味を有するように意図される。これらの用語が、提供される正確な数値的範囲にこれらの特徴の範囲を限定することなく、記載および請求されている特定の特徴の記載を可能にするように意図されるということが、本開示に接する当業者によって理解され得る。従って、これらの用語は、記載および請求されている主題の実質的でないかまたは取るに足らない改変または変化が添付の特許請求の範囲に記載されているものとして本発明の範囲内であると考慮されることを指し示すものとして解釈されるべきである。
【００８５】
様々な実施形態を記載するために本明細書において使用されている用語「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、そのような実施形態が可能性のある実施形態の可能性のある例、提示および／または例証であること（ならびに、そのような用語は、そのような実施形態が必ずしも並外れた例または最高の例ではないことを含むように意図されること）を指し示すように意図されることに留意されたい。
【００８６】
本明細書において使用されている用語「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」などは、２つの部材を直接または間接的に相互に接合することを意味する。そのような接合は、定置（例えば、永久的）または移動可能（例えば、取り外し可能または解放可能）であり得る。そのような接合は、２つの部材あるいは２つの部材および任意の追加の中間部材が相互に単一の単体として一体形成されて、または、２つの部材あるいは２つの部材および任意の追加の中間部材が相互に取り付けられて、達成され得る。
【００８７】
要素の位置（例えば、「上部」、「下部」、「上」、「下」など）に対する本明細書における参照は、単に、図面における様々な要素の向きを説明するために使用されている。様々な要素の向きは、他の例示的な実施形態に従って異なり得ることと、そのような変形は、本開示に含まれるように意図されることとに留意されたい。
【００８８】
様々な実施形態に示されかつ／または記載されている長寿命高電流連続波（ＣＷ）負イオン源の構造および配置は、単なる例証であることに留意することが重要である。ほんのわずかな実施形態が本開示に詳細に記載されたが、この開示に接する当業者は、本明細書に記載されている主題の新規の教示および利点から著しく逸脱することなく、多くの改変（例えば、様々な要素の大きさ、寸法、構造、形状、割合、パラメータの値、装着配置、材料の使用、色、向きなどにおける変形）が可能であることをすぐに認識する。例えば、一体形成されているものとして示されている要素は、複数の部品または要素からなり得、要素の位置は、入れ替えられ得るか、または他の態様で変形させられ得、個別の要素の性質あるいは数または位置は、変化または変形させられ得る。任意のプロセスまたは方法ステップの順序または配列は、代替的な実施形態に従って変形または再配列され得る。他の置換、改変、変化および省略も、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な例示的な実施形態の設計、動作状態および配置においてなされる。
【図１】
0006407991.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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