WO1998027572A1 - Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques - Google Patents

Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques Download PDF

Info

Publication number
WO1998027572A1
WO1998027572A1 PCT/FR1997/002328 FR9702328W WO9827572A1 WO 1998027572 A1 WO1998027572 A1 WO 1998027572A1 FR 9702328 W FR9702328 W FR 9702328W WO 9827572 A1 WO9827572 A1 WO 9827572A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
source
elements
radial
magnetic means
Prior art date
Application number
PCT/FR1997/002328
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Yves Pacquet
Renan Leroy
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
Centre National De La Recherche Scientifique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Commissariat A L'energie Atomique
Priority to DK97952086T priority Critical patent/DK0946961T3/da
Priority to EP97952086A priority patent/EP0946961B1/fr
Priority to DE69737461T priority patent/DE69737461T2/de
Priority to US09/319,561 priority patent/US6194836B1/en
Publication of WO1998027572A1 publication Critical patent/WO1998027572A1/fr

Links

Classifications

    • 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 invention relates to the field of magnetic devices for creating a magnetic field, in particular for application to an ECR source (source with electronic cyclotron resonance). Such sources are used to produce ions.
  • ECR source source with electronic cyclotron resonance
  • Document FR-2 475 798 describes a process and a device for the production of highly charged ions.
  • the device comprises a microwave cavity excited by at least one high frequency electromagnetic field. This field is associated with a magnetic field, the amplitude of which is chosen so that the electronic cyclotron frequency, associated with said magnetic field, is equal to the frequency of the electromagnetic field established in the cavity. This is the condition:
  • the magnetic field consists of the superposition:
  • Pairs of axial coils 14, 16 make it possible to produce the axial magnetic field.
  • the multipolar radial magnetic field having a zero amplitude in the center of the cavity, is created using bars 18 arranged parallel to each other.
  • the resulting magnetic field superimposed on the HF electromagnetic field allows electronic cyclotron resonance.
  • Document EP-138 642 also describes a magnetic confinement structure (FIG. 2), in which solenoids 20 provide an axial field B a which is superimposed on a radial field B r generated by permanent magnets 22 mounted on the inner wall d a cylindrical carcass 24. The assembly of the two solenoids is shielded by a ferromagnetic carcass 26.
  • This type of device makes it possible to magnetize a useful volume 28.
  • the device illustrated in FIG. 3 schematically represents a target-source assembly, called "Nanomafira". This set is described in the Communication by P. Sortais et al. "Developments of compact permanent magnets ECRIS", 12th International Workshop on ECR Ion Sources, April 25-27, 1995, Riken, Japan.
  • a set of magnets 32, 34, 36 is arranged around a zone 38 for confining the plasma and makes it possible to define an axial field.
  • a multipolar structure 37 makes it possible to define a radial field which is superimposed on
  • the UHF frequency to be used is low. Consequently, the magnetic field to be used is itself weak (relation (1)).
  • the UHF frequency must be high. This implies the implementation, in the confinement volume, of a high modulus magnetic field. For example, with a Nanomafira source
  • ECR sources have a well-defined magnetic structure, and therefore a fairly narrow frequency range around a given central value. Thus, these sources can operate around 2.5 GHz, or 6.5 GHz or 10 GHz, or 14 GHz, or 18 GHz. However, they are not compatible with broadband use.
  • FIG. 4 schematically represents a sectional view of two plates 48, 50 of a cyclotron between which a magnetic field B is established.
  • the reference 52 designates an ECR ion source and the reference 56 indicates, schematically, a line of injection of the ions produced by the source 52, as well as means for adapting the beam with a view to its injection at the entrance to the cyclotron.
  • the particle beam 58 is deflected using electrostatic means 54. The beam can then be accelerated in microwave cavities. Due to its environment and its multipolar radial magnetic components, a conventional ECR source 52 cannot be incorporated inside the cyclotron.
  • ECR sources Another drawback of conventional ECR sources is the need to extract the ion beam along the axis of symmetry of the source, and only along this axis. However, if one wishes to couple an ECR source in a cyclotron, it is necessary to make a device with lateral extraction.
  • a source with lateral extraction can be of interest for various applications, and not only for applications to a cyclotron.
  • an ion source with lateral, partial or even 360 ° extraction would be very interesting for the ion implantation technique.
  • the sources used for this technique have an extraction hole whose diameter is approximately 10 mm, which allows only one beam to be available.
  • the principle of the extraction by a hole on the axis as well as the radial components of the field, created by the multipolar system involve inhomogeneities of the beam extracted from the source.
  • the invention relates to a device for generating a magnetic field B, comprising a multipolar structure, the elements of which have polarities such that the vector sum of the fields created by each of these elements at each point of a space delimited by said elements allows to define at least one continuous and closed line of minima inside an equimodule surface, closed in said space.
  • the closed module surface
  • B f includes an interior volume where the magnetic field can, in particular, have a very low minimum B, unlike what occurs in known ECR sources.
  • the maximum operating frequency is defined by the closed equimodule surface, for which the field is maximum and equal to
  • the maximum operating frequency
  • this type of device is easily modular and its volume can be adjusted: the increase in volume does not involve the use of much more substantial magnetic means.
  • the magnetic field can decrease rapidly when one moves away from these elements.
  • the invention therefore relates in particular to a device capable of generating, in a cavity where an HF electromagnetic wave is injected, using appropriate means, a magnetic field of module such as the electronic cyclotron frequency associated with this field magnetic is equal to the frequency of the electromagnetic field, this on a closed magnetic sheet, so as to obtain an ionization of the gas traversing and creating a plasma, in particular for producing sources of ECR type ions.
  • the invention proposes a multipolar structure formed of elements having modules and polarities such as the magnetic field resulting in each point of the space which they delimit, define at least one closed line of minima inside a surface of equimodule closed in space.
  • the device according to the invention can be produced either with permanent magnets, or with coils, or with a combination of the two.
  • the use of permanent magnets due to the existence of a large flux of neutrons, or charged particles, or the use in an environment of excessive temperatures, etc. .
  • the use of coils allows an easy realization of the invention.
  • the device according to the invention comprises a multipolar assembly, broken down into three sub-assemblies and formed of N ⁇ 3 magnetic means:
  • the magnetic means with alternating polarity, making it possible to form an axial magnetic field, can be in the form of rings juxtaposed one next to the other.
  • the magnetic means with alternating polarity, making it possible to form the radial magnetic structures, can be in the form of rings fitted into each other.
  • One or both of the radial structure (s) may have a central opening, allowing, in particular, the extraction of ions in a magnetic field having no radial multipolar component.
  • each set of N 2 magnetic means to form the radial structure, comprises N 2 magnetic means arranged coaxially around one another according to their diameter, either in the same plane, or slightly offset.
  • the invention also relates to an ECR source comprising a device for generating a magnetic field, as described above, the volume inside the multipolar structure defining a plasma containment, and means for placing a target.
  • the invention also relates to a method for producing ions using such an ECR source.
  • the invention also relates to a method of operating a cyclotron, ions being injected into the cyclotron using an ECR source as described above.
  • the ECR source is arranged inside the cyclotron.
  • the invention also relates to a method of transporting charged particles, using a device according to the invention, comprising Ni magnetic means with alternating polarity to form the axial magnetic structure, in the form of rings, juxtaposed one beside the other. others, two sets of N 2 magnetic means with alternating polarity, to form the radial magnetic structures, the particles being transported from one end to the other of the set of juxtaposed rings.
  • the invention also relates to a confined plasma pump comprising a device for generating a magnetic field, according to the invention, lateral means for injecting HF radiation, lateral means for connection to a volume to be pumped, and means for extraction and neutralization of the pumped particles.
  • the device according to the invention can therefore be applied to a cyclotron, to a plasma transfer line, to a mass or charge spectrometer (where the ECR source according to the invention is associated with magnetic field scanning means in The area extraction), and a confined plasma pump where the ECR source according to the invention is associated with an extraction optic and neutralization means.
  • FIGS. 1 to 3 schematically represent ECR sources of the prior art
  • FIG. 4 schematically represents an ECR source coupled to a cyclotron
  • FIG. 5 represents an exemplary embodiment of the invention
  • - Figure 6 is a special case illustrating an application of the invention
  • - Figure 7 shows the spatial evolution of magnetic fields for the device of Figure
  • FIG. 8 represents the distribution of the lines of magnetic equimodules for the device of FIG. 6,
  • FIG. 9 represents a line for transporting particles with confined plasma
  • FIG. 10 to 12 are various representations of a confined plasma pump according to the invention.
  • references 62-1, ..., 62-4 designate 4 magnetic rings, with alternating polarity, making it possible to form the structure axial.
  • the references 64-1, - .., 64-5 and 66-1, ..., 66-4, designate magnetic rings of two lateral assemblies, with alternating polarity, making it possible to form the radial magnetic structures.
  • the reference 68 designates an opening made in one of the side walls.
  • This device therefore comprises two sets Mi (64-1, ..., 64-5) and M 2 (66-1, ..., 66-4) constituting its ends, and a set M 3 (62-1, ..., 62-4) lateral.
  • This system M 3 can be composed by a multipolar structure defined by sectors (and not only by rings) having a symmetry with respect to the axis of symmetry A of the device.
  • the magnetic assembly constituted by Mi, M 2 and M 3 is presents as a superposition of a radial multipolar magnetic field with an axial multipolar field.
  • the system M 3 can be composed of N_> 0 rings positioned, or juxtaposed, one beside the other, longitudinally, and having a radial, or axial magnetization, with a polarity defined by their position in the system. These elements can have different sections, and, therefore, the dimension or the diameter of this assembly along the axis A can be variable.
  • the set obtained with Mi, M 2 and M 3 then constitutes a single multipole.
  • constituted by the magnetic assembly of the systems Mi, M 2 and M 3 then appears as a magnetic box "with closed line of minima
  • FIG. 6 represents, in section, a magnetic device according to the invention, in the particular case where the system M 3 consists of a single ring.
  • the arrows represent the orientations of the polarities of the different magnetic elements.
  • the reference 70 designates the surface of equimodules
  • each of the lateral elements Mi and M 2 has a central opening Si, S 2 . In the context of application to an ECR source, these openings can allow a system carrying a target to be approached, and to have means for extracting the ions produced.
  • the two surfaces Si and S 2 are available for the various systems making it possible to ensure the control and use of a plasma: HF injection, gas injection, oven, diagnostic means, particle injection. , cooling and pumping device, ...
  • a source of evaporation can be very close to the plasma, and placed in various places, on axis A, at one of the openings Si or S 2 or on its periphery.
  • the evaporation source can have a large evaporation surface facing the plasma, and has a large solid angle with the zone. confined, which allows good ionization efficiency to be obtained.
  • the radial magnetic components will have a negligible influence on the axially extracted beam.
  • the extraction can also be carried out on the periphery (external "diameter") either partially in one place (mono-extraction) or in several places (ulti-extractions), or on the entire periphery. Indeed, an opening made in the M 3 system, laterally, does not disturb the confinement in this zone if the local drop in the field is remedied with the surrounding systems.
  • the dimension D of the source along a plane perpendicular to the axis A depends only on the surface and the shape of each of the two sets Mi and M 2 constituting the ends of the source,
  • the dimension L along the axis A depends on the length 10 and on the geometry of the system M 3 ,
  • the two sets Mi and M 2 can be composed of one or more elements arranged coaxially, around each other according to their diameter, either in the same plane, or slightly offset.
  • the system M 3 can be constituted by a magnetic assembly whose elements are external to the dimension L, the extreme elements Mi and M 2 being able to define, or even participate in the definition, of this
  • the environment along the length L is completely clear, thus facilitating access to the
  • Figure 7 shows the magnetic field
  • the dashed line represents the evolution, on both sides of axis A, of the module
  • FIG. 8 represents, for the same magnetic structure as that of FIG. 6, as well as the lines of magnetic equimodules.
  • the magnetic polarities of the multipole are chosen and oriented so that the vector sum of the fields created at each point, by each of these elements, leads to obtaining the closed line profile of minima
  • the reference 82 designates an equimodule surface
  • the references 78 and 80 designate sections of toroids defined by lower values of magnetic field. Inside these tori (78 and 80), defined minima closed lines are defined. In the example described in FIG. 8, the field at the center of the reference 80 is 20 times less than the field on line 82. In fact, the maximum operating frequency for this type of source is defined by the closed surface of the module. maximum field B f obtained inside the device (reference surface 82 in FIG. 8). The magnetic field is maintained at this maximum value on this surface, and not in volume. Inside this surface, the magnetic field can decrease rapidly as one moves away from the walls 74, 76 and enters the confinement zone. This means that the same source can operate, without modification, at the frequency corresponding to B f and at low frequency, if a closed line of minima
  • magnets of thinner thickness than those used in conventional devices can be used in general.
  • distances between the two magnetic assemblies Mi and M 2 can be greater; it is also possible to choose the polarities of the constituent elements of Mi and M 2 so as to obtain between Mi and M a closed line of minima B consisting of points where the field modulus is weak, or even zero.
  • the magnetic field modules, as well as the confined volume of such a source or such a device, can be very variable.
  • To modify the volume it suffices to modify the number of elements, for example, in the case of FIGS. 6 and 8, along one or the other of the longitudinal or radial dimensions, or alternatively in both directions.
  • it suffices to double the longitudinal dimension of the system M 3 for example, to double the confined volume of the source.
  • the increase in weight of magnets is then only of the order of 15 to 20%. This increase in volume does not require a significant increase in magnetic means, since the field is only maintained at its maximum value in the vicinity of the interior walls. of the device, not inside an entire volume.
  • the source shown in FIG. 6 can operate without the magnetic means M 3 .
  • the source having no multipole radial field components it can be installed in the center of a cyclotron, by modulating the field of the latter with the M x and M 2 systems so as to obtain the so-called condition of closed line of minima B. The extraction can then be ensured by the end of an HF cavity.
  • a compact "cyclo-source" set we can build on this principle a compact "cyclo-source" set.
  • the fact of eliminating the multipole radial field components, in a device according to the invention also has an influence on the quality of the beam extracted on one axis.
  • this type of source having a dipolar magnetic field in the extraction zone, allows an analysis of ions in integrated Q / M, this therefore makes it possible to select mass and the charge of the ion by varying, for example, the extraction voltage for a physical arrangement of the given extraction.
  • the reference 84 designates a device for generating a magnetic field, according to the invention: this device comprises a multipolar structure (by example of the juxtaposed rings) making it possible to define a closed surface of equimodules B f , and at least one closed line of minima B inside this surface.
  • the multipolar structure considered is here linear and created by the M 3 system. The absence of the M and M 2 systems is compensated by the ends of M 3 . This allows, thanks to the confined plasma, to transfer condensable materials, in the form of charged particles, from a location A 0 to a location Ai.
  • a 0 there is, for example, an HF injection and the source (s) of particle production, condensable or not. Since the magnetic confinement meets the operating criteria of an ECR source, the particles are ionized, and can therefore be extracted at point i for any use.
  • a plasma created by an ECR source is used, in order to ionize the particles coming from an enclosure in which one wants to obtain a low pressure. Particles are extracted from this source for bring to another enclosure, called neutralization, in which the pressure is higher.
  • This pump consists, as illustrated in FIG. 10, of an ECR source according to the invention.
  • a source makes it possible to confine the ions within a volume delimited by a surface of equimodule B f .
  • the source represented in FIG. 10 carries two sets Mi and M 2 defining a multipolar structure.
  • M 3 is reconstituted by i and M 2 (in particular, by the extreme rings).
  • the confined volume is delimited by a closed surface 86.
  • the reference 88 designates a closed of equimodule B r .
  • the peripheral part of this source can be used for injecting an HF wave (arrow 90) and for pumping (arrow 92) from an enclosure to which the source is connected.
  • the reference 94 designates a grid, which surrounds the confinement zone, and which prevents the microwave wave from propagating towards the suction means.
  • the chamber also shown in FIG. 12, is connected by a flange 106 to means for injecting the HF wave (which may be a low frequency wave, for example at 2.45 GHz), and by a flange 108 at 1 enclosure in which pumping must be ensured.
  • the ions are extracted from the chamber.
  • the extraction system comprises electrodes 98 to which an extraction voltage is applied, an insulating ring 100, a neutralization block 102. This is possibly cooled, if the energy of the ions to be neutralized is high.
  • This extraction system leads to a flange intended for the delivery of the pump: the delivery is represented by an arrow 104 (FIG. 10).
  • a confined plasma pump is equipped with a suction flange, for pumping, with an area of 90cm 2 , which corresponds to a surface slightly larger than that of a standardized DN 100 flange. .
  • the maximum value of electric current extracted from the source is one of the parameters of the pump used to characterize its suction capacities.
  • the current to be extracted corresponds to the expected forecasts, with an extraction hole diameter, by the ECR source, of approximately 2 mm, and a pressure of approximately 10 ⁇ 3 mbar. If this pressure is higher, the electrical flow of the source, and therefore the suction capacity of the pump, will increase within the limits of operation of the source, and of the system conductance.
  • the source will be adapted (HF power, HF frequency, diameter of the extraction hole, conductance of the connection flanges, volume of the source, discharge pressure, etc.).
  • the pump is not afraid of vibrations or shocks, can operate in all positions, and can be mounted and operated on a mobile assembly, even if this assembly is subjected to violent movements as well as accelerations.

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour engendrer un champ magnétique B, comportant une structure multipolaire (M1, M2, M3) dont les éléments présentent des polarités telles que la somme vectorielle des champs créés en chaque point par chacun de ces éléments permette de définir au moins une ligne fermée de minima B à l'intérieur d'une surface (70) d'équimodule fermée dans l'espace. Application à une source ECR.

Description

SYSTEME MAGNETIQUE, EN PARTICULIER POUR LES SOURCES
ECR, PERMETTANT LA CREATION DE SURFACES FERMEES D'EQUIMODULE B DE FORME ET DE DIMENSIONS QUELCONQUES
DESCRIPTION
Domaine technique
L'invention concerne le domaine des dispositifs magnétiques, pour créer un champ magnétique, en particulier en vue d'une application à une source ECR (source à résonance cyclotronique électronique). De telles sources sont utilisées pour produire des ions.
Le document FR-2 475 798 décrit un procédé et un dispositif pour la production d'ions fortement chargés. Le dispositif comporte une cavité hyperfréquence excitée par au moins un champ électromagnétique de haute fréquence. Ce champ est associé à un champ magnétique dont l'amplitude est choisie de façon à ce que la fréquence cyclotronique électronique, associée audit champ magnétique, soit égale à la fréquence du champ électromagnétique établi dans la cavité. Il s'agit de la condition :
B=f.2πm/e (1) où m représente la masse de l'électron, e la charge de l'électron et f la fréquence du champ électromagnétique.
Dans ce dispositif, le champ magnétique est constitué par la superposition :
- d'un champ magnétique radial multipolaire, présentant une amplitude minimum dans la partie centrale de la cavité,
- et d'un champ magnétique axial à symétrie de révolution, présentant un gradient suivant ledit axe, le champ magnétique total résultant étant réglé de façon à ce qu'il existe dans la cavité au moins une nappe magnétique complètement fermée, et n'ayant aucun contact avec les parois de la cavité. Sur cette nappe, la condition de résonance cyclotronique électronique est satisfaite de manière à obtenir une ionisation du gaz la traversant.
Le dispositif décrit dans ce document va être brièvement rappelé, en liaison avec la figure 1. Deux sources, non représentées, permettent d'envoyer du gaz ionisable par des conduits 2, 4 qui aboutissent à une enceinte de confinement 6, dans laquelle une pompe à vide permet de réaliser un vide poussé. Un champ électromagnétique est introduit par des guides d'onde 8, 10.
Des paires de bobines axiales 14, 16 permettent de produire le champ magnétique axial. Le champ magnétique radial multipolaire, présentant une amplitude nulle au centre de la cavité, est créé à l'aide de barres 18 disposées parallèlement les unes aux autres. Le champ magnétique résultant se superposant au champ électromagnétique HF permet la résonance cyclotronique électronique.
Le document EP-138 642 décrit également une structure magnétique de confinement (figure 2), dans laquelle des solénoïdes 20 fournissent un champ axial Ba qui se superpose à un champ radial Br engendré par des aimants permanents 22 montés sur la paroi intérieure d'une carcasse cylindrique 24. L'ensemble des deux solénoïdes est blindé par une carcasse ferromagnétique 26. Ce type de dispositif permet de magnétiser un volume utile 28. Le dispositif illustré sur la figure 3 représente schématiquement un ensemble cible-source, dénommé "Nanomafira" . Cet ensemble est décrit dans la Communication de P. Sortais et al. "Developments of compact permanent magnets ECRIS", 12th International Workshop on ECR Ion Sources, April 25-27, 1995, Riken, Japon. Un ensemble d'aimants 32, 34, 36 est disposé autour d'une zone 38 de confinement du plasma et permet de définir un champ axial. Une structure multipolaire 37 permet de définir un champ radial qui se superpose au champ axial .
Tous ces dispositifs ont en commun le fait de réaliser une magnétisation d'un certain volume, dit volume de confinement. Par expérience on sait que l'utilisation de chambres à plasma de grand volume permet l'accroissement des performances. Or, réaliser une chambre à plasma de grand volume nécessite de magnétiser un grand volume, et implique donc la mise en oeuvre de moyens magnétiques conséquents, ce qui implique l'utilisation d'une importante puissance électrique, ou l'utilisation d'une grande quantité d ' aimants .
Par ailleurs, pour produire des ions monochargés, ou présentant de faibles états de charge, la fréquence UHF à mettre en oeuvre est faible. Par conséquent, le champ magnétique à mettre en oeuvre est, lui-aussi faible (relation (1)). Par contre, pour produire des ions multichargés, la fréquence UHF doit être élevée. Ceci implique la mise en oeuvre, dans le volume de confinement, d'un champ magnétique de module élevé . A titre d'exemple, avec une source Nanomafira
(décrite ci-dessus) présentant un volume confiné de diamètre 26 mm et de longueur 90 mm, on arrive à produire seulement 55 μA d'ions Ar8+ et 3 μA d'ions Ar11+.
Un autre inconvénient des sources ECR classiques est qu'elles ont une structure magnétique bien définie, et, par conséquent, une plage d'utilisation, en fréquence, assez étroite autour d'une valeur centrale donnée. Ainsi, ces sources peuvent fonctionner autour de 2,5 GHz, ou 6,5 GHz ou 10 GHz, ou 14 GHz, ou 18 GHz. Mais elles ne sont pas compatibles avec une utilisation en bande large.
Un autre inconvénient des sources ECR connues est qu'elles ne peuvent pas être installées au centre d'un cyclotron. La figure 4 représente schématiquement une vue en coupe de deux plaques 48, 50 d'un cyclotron entre lesquelles est établi un champ magnétique B. La référence 52 désigne une source d'ions ECR et la référence 56 désigne, schématiquement, une ligne d'injection des ions produits par la source 52, ainsi que des moyens d'adaptation du faisceau en vue de son injection à l'entrée du cyclotron. A l'intérieur de celui-ci, le faisceau de particule 58 est défléchi à l'aide de moyens 54 électrostatiques. Le faisceau peut ensuite être accéléré dans des cavités hyperfréquences . Du fait de son environnement et de ses composantes magnétiques radiales multipolaires, une source ECR classique 52 ne peut être incorporée à l'intérieur du cyclotron . Un autre inconvénient des sources ECR classiques est la nécessité de réaliser une extraction du faisceau d'ions suivant l'axe de symétrie de la source, et uniquement suivant cet axe. Or, si l'on souhaite coupler une source ECR dans un cyclotron, il est nécessaire de réaliser un dispositif à extraction latérale.
Par ailleurs, une source à extraction latérale peut présenter un intérêt pour diverses applications, et pas seulement pour les applications à un cyclotron. En particulier, une source d'ions à extraction latérale, partielle ou même sur 360°, serait très intéressante pour la technique d'implantation d'ions. Actuellement, les sources utilisées pour cette technique ont un trou d'extraction dont le diamètre est d'environ 10 mm, ce qui ne permet de disposer que d'un seul faisceau. Par ailleurs, le principe de l'extraction par un trou sur l'axe ainsi que les composantes radiales du champ, créés par le système multipolaire, entraînent des inhomogénéités du faisceau extrait de la source.
Exposé de l'invention
L'invention a pour objet un dispositif pour engendrer un champ magnétique B, comportant une structure multipolaire dont les éléments présentent des polarités telles que la somme vectorielle des champs créés par chacun de ces éléments en chaque point d'un espace délimité par lesdits éléments permette de définir au moins une ligne continue et fermée de minima à l'intérieur d'une surface d ' équimodule, fermée dans ledit espace. Dans l'invention, la surface fermée de module
Bf englobe un volume intérieur où le champ magnétique peut, en particulier, présenter un minimum B très faible, au contraire de ce qui se produit dans les sources ECR connues .
Pour ce type de source, la fréquence de fonctionnement maximale est définie par la surface d' équimodule fermé, pour laquelle le champ est maximum et égal à | Bf | , obtenu à l'intérieur de la structure multipolaire. La même source peut donc fonctionner sans modification à basse fréquence f0, si une ligne fermée de minima | B01 est compatible avec cette fréquence, c'est-à-dire satisfait à la relation Bo=fo2πm/e. Le dispositif selon l'invention est donc compatible avec un fonctionnement en bande large.
De plus, ce type de dispositif est aisément modulable et son volume peut être ajusté : l'accroissement du volume n'entraîne pas la mise en oeuvre de moyens magnétiques beaucoup plus conséquents. En effet, dans le dispositif selon l'invention, il n'est pas nécessaire de créer un champ magnétique important loin des éléments de la structure multipolaire : le champ magnétique peut décroître rapidement lorsque l'on s'écarte de ces éléments. L'invention concerne donc en particulier un dispositif apte à engendrer, dans une cavité où l'on injecte, à l'aide de moyens appropriés, une onde électromagnétique HF, un champ magnétique de module tel que la fréquence cyclotronique électronique associée à ce champ magnétique soit égale à la fréquence du champ électromagnétique, ceci sur une nappe magnétique fermée, de manière à obtenir une ionisation du gaz la traversant et à créer un plasma, notamment pour produire des sources d'ions de type ECR.
Pour augmenter le volume de la chambre à plasma d'une source d'ions sans moyens magnétiques trop importants, et/ou pour produire des ions multichargés, et/ou pour fonctionner dans une large plage d'utilisation en fréquence et/ou pour obtenir une source d'ions à extraction latérale (couplage source ECR - cyclotron, obtention de sources d'ions en nappe à haute densité, pour implantation ionique par exemple) , l'invention propose une structure multipolaire formée d'éléments présentant des modules et des polarités tels que le champ magnétique résultant en chaque point de l'espace qu'ils délimitent, définisse au moins une ligne fermée de minima à l'intérieur d'une surface d' équimodule fermée dans l'espace.
Le dispositif selon l'invention peut être réalisé soit avec des aimants permanents, soit avec des bobines, ou encore avec une association des deux. Dans le cas où l'environnement du dispositif ne permet pas l'utilisation d'aimants permanents (du fait de l'existence de flux important de neutrons, ou de particules chargées, ou de l'utilisation dans un milieu de températures excessives, etc.), l'utilisation de bobines permet une réalisation aisée de l'invention.
Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte un ensemble multipolaire, décomposé en trois sous-ensembles et formé de N^3 moyens magnétiques :
- un ensemble de Ni moyens magnétiques, pour former une structure magnétique axiale, - deux ensembles de N2 moyens magnétiques, pour former les structures magnétiques radiales.
Les moyens magnétiques, à polarité alternée, permettant de former un champ magnétique axial, peuvent être en forme d'anneaux juxtaposés les uns à côté des autres .
Les moyens magnétiques, à polarité alternée, permettant de former les structures magnétiques radiales, peuvent être en forme d'anneaux emboîtés les uns dans les autres.
L'une, ou les deux, structure (s) radiale (s) peu(ven)t présenter une ouverture centrale, permettant, en particulier, l'extraction des ions dans un champ magnétique ne présentant pas de composante radiale multipolaire.
On peut également prévoir au moins une ouverture latérale sur la périphérie du dispositif : une telle mesure était difficile à réaliser dans les dispositifs de l'art antérieur, parce que la suppression d'une partie de la structure multipolaire radiale est très dommageable pour le confinement magnétique .
Selon une autre disposition, chaque ensemble de N2 moyens magnétiques, pour former la structure radiale, comporte N2 moyens magnétiques disposés coaxialement les uns autour des autres suivant leur diamètre, soit dans un même plan, soit légèrement décalés .
L'invention a également pour objet une source ECR comportant un dispositif pour engendrer un champ magnétique, tel que décrit ci-dessus, le volume intérieur à la structure multipolaire définissant une enceinte de confinement pour plasma, et des moyens pour disposer une cible.
L'invention a également pour objet un procédé de production d'ions mettant en oeuvre une telle source ECR.
L'invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d'un cyclotron, des ions étant injectés dans le cyclotron à l'aide d'une source ECR telle que décrite ci-dessus. De manière avantageuse, la source ECR est disposée à l'intérieur du cyclotron.
L'invention a également pour objet un procédé de transport de particules chargées, mettant en oeuvre un dispositif selon l'invention, comportant Ni moyens magnétiques à polarité alternée pour former la structure magnétique axiale, en forme d'anneaux, juxtaposés les uns à côté des autres, deux ensembles de N2 moyens magnétiques à polarité alternée, pour former les structures magnétiques radiales, les particules étant transportées d'une extrémité à l'autre de l'ensemble des anneaux juxtaposés.
L'invention a également pour objet une pompe à plasma confiné comportant un dispositif pour engendrer un champ magnétique, selon l'invention, des moyens latéraux pour injecter un rayonnement HF, des moyens latéraux de connexion à un volume à pomper, et des moyens d'extraction et neutralisation des particules pompées .
Le dispositif selon l'invention peut donc être appliqué à un cyclotron, à une ligne de transfert de plasma, à un spectromètre de masse ou de charge (où la source ECR selon l'invention est associée à des moyens de balayage de champ magnétique dans la zone d'extraction), et à une pompe à plasma confiné où la source ECR selon l'invention est associée à une optique d'extraction et à des moyens de neutralisation.
Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 à 3 représentent schématiquement des sources ECR de l'art antérieur,
- la figure 4 représente schématiquement une source ECR couplée à un cyclotron,
- la figure 5 représente un exemple de réalisation de l'invention,
- la figure 6 est un cas particulier illustrant une application de l'invention, - la figure 7 représente l'évolution spatiale de champs magnétiques pour le dispositif de la figure
6,
- la figure 8 représente la répartition des lignes d ' équimodules magnétiques pour le dispositif de la figure 6,
- la figure 9 représente une ligne de transport de particules à plasma confiné,
- les figures 10 à 12 sont diverses représentations d'une pompe à plasma confiné selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de 1 ' invention 7572
1 1
Un premier exemple de réalisation de l'invention va être décrit en liaison avec la figure 5. Sur cette figure, des références 62-1, ..., 62-4 désignent 4 anneaux magnétiques, à polarité alternée, permettant de former la structure axiale. Les références 64-1, - .., 64-5 et 66-1, ..., 66-4, désignent des anneaux magnétiques de deux ensembles latéraux, à polarité alternée, permettant de former les structures magnétiques radiales. La référence 68 désigne une ouverture pratiquée dans une des parois latérales.
Ce dispositif comporte donc deux ensembles Mi (64-1, ..., 64-5) et M2 (66-1, ..., 66-4) constituant ses extrémités, et un ensemble M3 (62-1, ..., 62-4) latéral. Ce système M3 peut être composé par une structure multipolaire définie par des secteurs (et pas uniquement par des anneaux) présentant une symétrie par rapport à l'axe de symétrie A du dispositif. Dans le cas où, comme représenté sur la figure 5, l'un ou l'autre des systèmes Mi, M2, ou les deux, sont constitués de plusieurs pôles, l'ensemble magnétique constitué par Mi, M2 et M3 se présente comme une superposition d'un champ magnétique multipolaire radial avec un champ multipolaire axial. Le système M3 peut être composé de N_>0 anneaux positionnés, ou juxtaposés, les uns à côtés des autres, longitudinalement, et présentant une aimantation radiale, ou axiale, avec une polarité définie par leur position dans le système. Ces éléments peuvent avoir des sections différentes, et, donc, la dimension ou le diamètre de cet ensemble suivant l'axe A peut être variable. L'ensemble obtenu avec Mi, M2 et M3 constitue alors un seul multipôle. Le volume obtenu, confiné par une enveloppe d' équimodules | Bf | constitué par l'ensemble magnétique des systèmes Mi, M2 et M3 se présente alors comme une boîte magnétique "à ligne fermée de minima |B|".
La figure 6 représente, en coupe, un dispositif magnétique selon l'invention, dans le cas particulier où le système M3 est constitué d'un seul anneau. Les flèches représentent les orientations des polarités des différents éléments magnétiques. Sur cette figure, la référence 70 désigne la surface d ' équimodules | Bf | à l'intérieur de laquelle on peut identifier une surface fermée d' équimodule Br 72. Sur cette figure, chacun des éléments latéraux Mi et M2 présente une ouverture centrale Si, S2. Dans le cadre de l'application à une source ECR, ces ouvertures peuvent permettre d'approcher un système porteur d'une cible, et de disposer des moyens d'extraction des ions produits. D'une manière générale, les deux surfaces Si et S2 sont disponibles pour les divers systèmes permettant d'assurer le contrôle et l'utilisation d'un plasma : injection HF, injection de gaz, four, moyens de diagnostic, injection de particules, dispositif de refroidissement et de pompage, ... En particulier, si la source ECR ainsi réalisée doit ioniser des éléments condensables (notamment, des métaux), une source d ' evaporation peut être très proche du plasma, et placée à divers endroits, sur l'axe A, au niveau d'une des ouvertures Si ou S2 ou sur sa périphérie. Dans ce cas, la source d ' evaporation peut avoir une grande surface d ' evaporation en regard du plasma, et présente un grand angle solide avec la zone confinée, ce qui permet d'obtenir une bonne efficacité d ' ionisation .
Pour ce qui est de l'extraction, plusieurs solutions sont envisageables. Si l'extraction est effectuée sur l'axe A (cas de la figure 6) , et dans le cas où le confinement magnétique ne présente pas de composantes polaires radiales (les structures multipolaires radiales M3 ne sont plus nécessaires au confinement : cas du seul multipôle), 1 ' émitance du faisceau extrait présente alors une symétrie de révolution, facilitant ainsi son transport .
Dans le cas d'une superposition d'un multipôle axial avec un multipôle radial, et si la dimension D (voir figure 6) est suffisamment importante, ce qui est particulièrement possible avec une source selon l'invention, les composantes magnétiques radiales auront une influence négligeable sur le faisceau extrait axialement. L'extraction peut aussi être effectuée sur la périphérie ("diamètre" extérieur) soit partiellement en un endroit (mono-extraction) ou en plusieurs endroits ( ulti-extractions) , soit sur la totalité de la périphérie. En effet, une ouverture pratiquée dans le système M3, latéralement, ne perturbe pas le confinement dans cette zone si on remédie à la baisse locale du champ avec les systèmes environnants. Un exemple d'extraction latérale en plus d'une extraction axiale est aussi décrit plus loin, en liaison avec les figures 10 à 12, dans le cadre d'une autre application. Une bobine créant ou modulant le champ à l'extraction offre la possibilité supplémentaire d'être „, „«>,,«.« PCT/FR97/02328
WO 98/27572
14
puisée entre deux valeurs, ajustant ainsi le temps de confinement d'un paquet d'ions avant son extraction.
En ce qui concerne le dispositif des figures 5 et 6, on peut faire les remarques suivantes :
5 - la dimension D de la source suivant un plan perpendiculaire à l'axe A ne dépend que de la surface et de la forme de chacun des deux ensembles Mi et M2 constituant les extrémités de la source,
- la dimension L suivant l'axe A dépend de la longueur 10 et de la géométrie du système M3,
- les deux ensembles Mi et M2 peuvent être composés d'un ou de plusieurs éléments disposés coaxialement , les uns autour des autres suivant leur diamètre, soit dans un même plan, soit légèrement décalés.
15 Pour des longueurs L suffisamment courtes, le système M3 peut être constitué par un ensemble magnétique dont les éléments sont extérieurs à la dimension L, les éléments extrêmes Mi et M2 pouvant définir, ou bien participer à la définition, de ce
20 système, sur la figure 10, le champ devant être créé par le système M3 est défini par les systèmes Mi et M2, dégageant ainsi toute la périphérie sur la longueur E(=L). Dans ce cas, l'environnement selon la longueur L est totalement dégagé, facilitant ainsi l'accès à la
25 zone confinée (injection UHF, arrivée de gaz, four, moyens de diagnostic, cible, injection de particules chargées, extraction d'ions, ...etc.).
La figure 7 représente le champ magnétique
30 obtenu à l'aide d'un dispositif selon la figure 6. La courbe en trait plein représente l'évolution, de part et d'autre de l'axe A, du module |B| à proximité de la surface intérieure 76 de l'ensemble M2 (voir figure 6). 7572 ι"ID
15
La courbe en trait interrompu représente l'évolution, de part et d'autre de l'axe A, du module |B| à mi- distance entre la surface 76 et la surface 74 (surface intérieure de l'ensemble Mi : voir figure 6). On voit, d'après cette figure 7, qu'un champ magnétique intense est obtenu au voisinage des surfaces des éléments Mi et M2, et qu'une configuration à deux lignes de minima est obtenue au centre. Dans les dispositifs classiques, un champ plus important est entretenu à l'intérieur de la surface 70.
La figure 8 représente, pour la même structure magnétique que celle de la figure 6, ainsi que les lignes d' équimodules magnétiques. Conformément à l'invention, les polarités magnétiques du multipôle sont choisies et orientées de manière à ce que la somme vectorielle des champs créés en chaque point, par chacun de ces éléments, conduise à obtenir le profil à ligne fermée de minima |B| . Sur la figure 8, la référence 82 désigne une surface d' équimodule | Bf |
(module maximum du champ magnétique) , tandis que les références 78 et 80 désignent des sections de tores définies par des valeurs inférieures de champ magnétiques. A l'intérieur de ces tores (78 et 80), sont définies des lignes fermées de minima. Dans l'exemple décrit sur la figure 8, le champ au centre du repère 80 est 20 fois inférieur au champ de la ligne 82. En fait, la fréquence de fonctionnement maximal pour ce type de source est définie par la surface fermée de module de champ maximum Bf obtenu à l'intérieur du dispositif (surface de référence 82 sur la figure 8). Le champ magnétique est maintenu à cette valeur maximale sur cette surface, et non pas en volume. A l'intérieur de cette surface, le champ magnétique peut décroître rapidement au fur et à mesure qu'on s'écarte des parois 74, 76 et qu'on pénètre à l'intérieur de la zone de confinement. Ceci signifie que la même source peut fonctionner, sans modification, à la fréquence correspondant à Bf et à basse fréquence, si une ligne fermée de minima |B| est compatible avec cette fréquence.
Pour obtenir une ligne fermée de minima B faible, on peut utiliser, d'une manière générale, des aimants d'épaisseur plus faible que ceux utilisés dans les dispositifs classiques. De plus, dans le cas des figures 6 et 8, des distances entre les deux ensembles magnétiques Mi et M2 peuvent être plus grandes ; on peut encore choisir les polarités des éléments constitutifs de Mi et M2 de façon à obtenir entre Mi et M une ligne fermée de minima B constituée de points où le module de champ est faible, voire nul.
Les modules de champ magnétique, ainsi que le volume confiné d'une telle source ou d'un tel dispositif, peuvent être très variables. Pour modifier le volume, il suffit de modifier le nombre d'éléments, par exemple, dans le cas des figures 6 et 8, suivant l'une ou l'autre des dimensions longitudinales ou radiales, ou bien encore suivant les deux directions. Ainsi, dans l'exemple des figures 6 et 8, il suffit de doubler la dimension longitudinale du système M3, par exemple, pour doubler le volume confiné de la source. L'augmentation en poids d'aimants n'est alors que de l'ordre de 15 à 20%. Cet accroissement du volume ne nécessite pas un accroissement important des moyens magnétiques, puisque le champ n'est maintenu à sa valeur maximale qu'au voisinage des parois intérieures du dispositif, et non pas à l'intérieur de tout un volume. Ainsi, dans le cas d'utilisation d'aimants permanents d'épaisseur faible, on crée une surface fermée d ' équimodules magnétiques Bf près de la paroi, compatible avec la fréquence HF choisie, ce champ magnétique décroissant rapidement, en s 'éloignant de la paroi, vers la ou les surfaces, fermées d ' équimodules Br, et ensuite vers la ou les lignes fermées de minima B. Par conséquent, l'invention permet d'obtenir un important volume confiné, inconcevable avec les dispositifs de l'art antérieur, sans pour autant nécessiter d'importants moyens pour l'obtenir.
La source représentée sur la figure 6 peut fonctionner sans les moyens magnétiques M3. Dans ce cas, la source ne présentant pas de composantes de champ radial multipolaire, elle peut être installée au centre d'un cyclotron, en modulant le champ de celui-ci avec les systèmes Mx et M2 de façon à obtenir la condition dite de ligne fermée de minima B. L'extraction peut ensuite être assurée par l'extrémité d'une cavité HF. Ainsi, on peut construire sur ce principe un ensemble compact "cyclo-source". Le fait de supprimer les composantes de champ radiales multipolaires, dans un dispositif selon l'invention, a aussi une influence sur la qualité du faisceau extrait sur 1 ' axe .
Suivant le même principe, et si l'extraction est radiale (sur la périphérie) , ce type de source, présentant un champ magnétique dipolaire dans la zone d'extraction, permet une analyse des ions en Q/M intégrée, ceci permet donc de sélectionner la masse et la charge de l'ion en faisant varier, par exemple, la tension d'extraction pour une disposition physique de l'extraction donnée.
Une autre application d'un dispositif selon l'invention va être décrite en liaison avec la figure 9. Sur cette figure, la référence 84 désigne un dispositif pour engendrer un champ magnétique, selon l'invention : ce dispositif comporte une structure multipolaire (par exemple des anneaux juxtaposés) permettant de définir une surface fermée d ' équimodules Bf, et au moins une ligne fermée de minima B à l'intérieur de cette surface. La structure multipolaire considérée est ici linéaire et créée par le système M3. L'absence des systèmes M et M2 est compensée par les extrémités de M3. Ceci permet, grâce au plasma confiné, de transférer des matières condensables, sous forme de particules chargées, d'un endroit A0 vers un endroit Ai. En A0 se situent par exemple une injection HF et la, ou les, source (s) de production de particules, condensables ou non. Le confinement magnétique répondant aux critères de fonctionnement d'une source ECR, les particules sont ionisées, et peuvent donc être extraites au point i pour une utilisation quelconque.
Une autre application de l'invention va être décrite : il s'agit de la réalisation d'une pompe à plasma confiné.
Un plasma créé par une source ECR est utilisé, afin d'ioniser les particules provenant d'une enceinte dans laquelle on veut obtenir une basse pression. Les particules sont extraites de cette source pour les amener vers une autre enceinte, dite de neutralisation, dans laquelle la pression est plus élevée.
Cette pompe est constituée, comme illustré sur la figure 10, d'une source ECR selon l'invention. Une telle source permet, on l'a dit, de confiner les ions à l'intérieur d'un volume délimité par une surface d' équimodule Bf. Ainsi, la source représentée en figure 10 porte deux ensembles Mi et M2 définissant une structure multipolaire. M3 est reconstitué par i et M2 (en particulier, par les anneaux extrêmes) . Le volume confiné est délimité par une surface fermée 86. La référence 88 désigne une fermée d'équimodule Br. La partie périphérique de cette source peut être utilisée pour l'injection d'une onde HF (flèche 90) et pour le pompage (flèche 92) à partir d'une enceinte à laquelle la source est raccordée. La référence 94 désigne une grille, qui entoure la zone de confinement, et qui empêche l'onde hyperfréquence de se propager vers les moyens d'aspiration. La chambre, représentée également en figure 12, est raccordée par une bride 106 à des moyens d'injection de l'onde HF (qui peut être une onde basse fréquence, par exemple à 2,45GHz), et par une bride 108 à l'enceinte dans laquelle le pompage doit être assuré. Par une ouverture 96 (figure 11), les ions sont extraits de la chambre. Le système d'extraction comporte des électrodes 98 auxquelles on applique une tension d'extraction, une bague isolante 100, un bloc de neutralisation 102. Celui-ci est, éventuellement, refroidi, si l'énergie des ions à neutraliser est importante. Ce système d'extraction aboutit à une bride destinée au refoulement de la pompe : le refoulement est représenté par une flèche 104 (figure 10) . A titre d'exemple, une pompe à plasma confiné est équipée d'une bride d'aspiration, pour le pompage, d'une surface de 90cm2, ce qui correspond à une surface légèrement supérieure à celle d'une bride normalisée DN 100.
La valeur maximum de courant électrique extrait de la source est un des paramètres de la pompe permettant de caractériser ses capacités d'aspiration.
Un débit de pompage à assurer de 100 litres/secondes à 10"5 mbar (1 litre/seconde ou
3,6 mVheure à 10~3 mbar ou encore 3,6 litres/heure à
1 mbar), correspond à un courant extrait d'environ 4 mA
(dans le cas d'ions monochargés, He+ par exemple).
Le courant devant être extrait correspond aux prévisions attendues, avec un diamètre de trou d'extraction, par la source ECR, d'environ 2 mm, et une pression d'environ 10~3 mbar. Si cette pression est plus élevée, le débit électrique de la source, et donc la capacité d'aspiration de la pompe, augmenteront dans les limites de fonctionnement de la source, et de conductance du système.
Pour des pressions limites ou des débits différents, on adaptera la source (puissance HF, fréquence HF, diamètre du trou d'extraction, conductance des brides de raccordement, volume de la source, pression au refoulement, etc...).
Une pompe selon l'invention présente les avantages suivants :
- fonctionnement dans une grande plage de pressions, - absence de pièces mécaniques en mouvement,
- absence de joints dans la structure mécanique interne de la pompe,
- pas de régénération, - durée de vie illimitée,
- entretien pratiquement nul,
- absence d'agents lubrifiants,
- analyse possible des différents éléments pompés, - pas d'électronique indispensable sur la pompe elle- même,
- générateur HF pouvant être d'un prix modeste, par exemple si sa fréquence est de 2,45GHz,
- coût de la pompe relativement faible, - absence de risques de détérioration, quelles que soient les manipulations, aérations, etc.,
De plus, la pompe ne craint pas les vibrations ni les chocs, peut fonctionner dans toutes les positions, et peut être montée et fonctionner sur un ensemble mobile, même si cet ensemble est soumis à des mouvements violents ainsi qu'à des accélérations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour engendrer un champ
-> magnétique B dans une cavité, comportant des moyens pour injecter une onde électromagnétique HF dans cette cavité, et une structure multipolaire (Mi, M2, M3) dont les éléments (62-1, ..., 62-4 ; 64-1, ..., 64-5 ; 66-1,
..., 66-4) présentent des polarités et des modules tels que la somme vectorielle des champs, créés par chacun de ces éléments en chaque point d'un espace délimité par lesdits éléments, permette de définir au moins une ligne fermée de minima B à l'intérieur d'une surface d' équimodule Bf (70) fermée dans l'espace.
2. Dispositif selon la revendication 1, les éléments de la structure multipolaire étant des aimants permanents.
3. Dispositif selon la revendication 1, les éléments de la structure multipolaire étant des bobines .
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, comportant un ensemble multipolaire formé de N;>3 moyens magnétique décomposé en 3 sous-ensembles Mx, M2 et M3 :
- un ensemble (M3) de Ni moyens magnétiques pour former une structure magnétique axiale, - deux ensembles (Mi, M2) de N2 moyens magnétiques, pour former des structures magnétiques radiales.
5. Dispositif selon la revendication 4, les moyens magnétiques (M3) à polarité alternée, pour former le structure magnétique axiale, étant en forme d'anneaux (62-1, ..., 62-4) juxtaposés les uns à côté des autres.
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, les moyens magnétiques à polarité alternée, pour former les structures magnétiques radiales étant en forme d'anneaux (64-1, , 64-5 ; 66-1, 66-4) emboîtés les uns dans les autres.
7. Dispositif selon la revendication 4, les moyens magnétiques présentant. une ou plusieurs ouvertures centrales (68).
8. Dispositif selon la revendication 4, une ouverture latérale étant prévue à la périphérie du dispositif .
9. Dispositif selon la revendication 4, chaque ensemble de N2 moyens magnétique, permettant de former une structure magnétique axiale, comportant N2 moyens magnétiques disposés coaxialement les uns autour des autres suivant leur diamètres, soit dans un même plan, soit légèrement décalés les uns par rapport aux autres.
10. Source ECR, comportant :
- un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, le volume intérieur à la structure multipolaire définissant une enceinte de confinement pour plasma,
- des moyens pour disposer une cible.
11. Source ECR, comportant :
- un dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, le volume intérieur à l'ensemble des moyens magnétiques définissant une enceinte de confinement pour plasma,
- 1 ' un ou les deux ensembles de N2 moyens magnétiques, permettant de définir une structure magnétique radiale présentant une ouverture centrale,
- des moyens pour disposer une cible, qui permettent de positionner celle-ci à proximité desdites ouvertures centrales et radiales.
12. Procédé de production d'ions mettant en oeuvre une source ECR selon l'une des revendications 10 ou 11.
13. Procédé de fonctionnement d'un cyclotron, des ions étant injectés dans le cyclotron à l'aide d'une source ECR selon l'une des revendications 10 ou 11.
14. Procédé selon la revendication 14, la source ECR étant disposée à l'intérieur du cyclotron.
15. Procédé de transport de particules chargées, mettant en oeuvre un dispositif selon la revendication 5, les particules étant transportées d'une extrémité à l'autre de l'ensemble des anneaux juxtaposés .
16. Pompe à plasma confiné comportant un dispositif selon la revendication 4, des moyens latéraux (106) pour injecter un rayonnement HF, des moyens latéraux (108) de connexion à un volume à pomper et des moyens (96, 100, 102) d'extraction.
PCT/FR1997/002328 1996-12-18 1997-12-17 Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques WO1998027572A1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK97952086T DK0946961T3 (da) 1996-12-18 1997-12-17 Magnetisk system, især til ECR-kilder, til tilvejebringelse af lukkede overflader med samme modulus B og med enhver form og dimensioner
EP97952086A EP0946961B1 (fr) 1996-12-18 1997-12-17 Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques
DE69737461T DE69737461T2 (de) 1996-12-18 1997-12-17 Magnetische vorrichtung, insbesondere fuer elektronzyklotronresonanzionenquellen, die die erzeugung geschlossener oberflaechen mit konstanter magnetfeldstaerke b und beliebiger groesse ermoeglichen
US09/319,561 US6194836B1 (en) 1996-12-18 1997-12-17 Magnetic system, particularly for ECR sources, for producing closed surfaces of equimodule B of form dimensions

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR96/15572 1996-12-18
FR9615572A FR2757310B1 (fr) 1996-12-18 1996-12-18 Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1998027572A1 true WO1998027572A1 (fr) 1998-06-25

Family

ID=9498806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR1997/002328 WO1998027572A1 (fr) 1996-12-18 1997-12-17 Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6194836B1 (fr)
EP (1) EP0946961B1 (fr)
DE (1) DE69737461T2 (fr)
DK (1) DK0946961T3 (fr)
FR (1) FR2757310B1 (fr)
WO (1) WO1998027572A1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2448387C2 (ru) * 2010-03-29 2012-04-20 Объединенный Институт Ядерных Исследований Способ получения пучка ионов высокой зарядности
RU2788955C1 (ru) * 2022-02-28 2023-01-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ инжекции потока вещества в плазму источника многоразрядных ионов

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6664548B2 (en) * 2002-05-01 2003-12-16 Axcelis Technologies, Inc. Ion source and coaxial inductive coupler for ion implantation system
FR2933532B1 (fr) 2008-07-02 2010-09-03 Commissariat Energie Atomique Dispositif generateur d'ions a resonance cyclotronique electronique
EP2430637A1 (fr) * 2009-05-15 2012-03-21 Alpha Source LLC Appareil, système et procédé de source de faisceaux de particules ecr
FR2947378A1 (fr) * 2009-06-29 2010-12-31 Quertech Ingenierie Systeme magnetique formant des surfaces iso modules fermees a partir de structures magnetiques de type "cusp" et sources d'ions de type rce mettant en oeuvre un tel systeme
FR2969372B1 (fr) * 2010-12-21 2015-04-17 Commissariat Energie Atomique Dispositif d’ionisation a la resonance cyclotron electronique

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4417178A (en) * 1980-02-13 1983-11-22 Richard Geller Process and apparatus for producing highly charged large ions and an application utilizing this process
EP0142414A2 (fr) * 1983-10-17 1985-05-22 Commissariat A L'energie Atomique Source d'ions, notamment métalliques fortement chargés dont le courant d'ions est régulé
US4580120A (en) * 1983-08-30 1986-04-01 Commissariat A L'energie Atomique Ferromagnetic structure of an ion source produced by permanent magnets and solenoids
US4641060A (en) * 1985-02-11 1987-02-03 Applied Microwave Plasma Concepts, Inc. Method and apparatus using electron cyclotron heated plasma for vacuum pumping
EP0483004A1 (fr) * 1990-10-25 1992-04-29 Commissariat A L'energie Atomique Source d'ions fortement chargés à sonde polarisable et à résonance cyrclotronique électronique

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08102279A (ja) * 1994-09-30 1996-04-16 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ生成装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4417178A (en) * 1980-02-13 1983-11-22 Richard Geller Process and apparatus for producing highly charged large ions and an application utilizing this process
US4580120A (en) * 1983-08-30 1986-04-01 Commissariat A L'energie Atomique Ferromagnetic structure of an ion source produced by permanent magnets and solenoids
EP0142414A2 (fr) * 1983-10-17 1985-05-22 Commissariat A L'energie Atomique Source d'ions, notamment métalliques fortement chargés dont le courant d'ions est régulé
US4641060A (en) * 1985-02-11 1987-02-03 Applied Microwave Plasma Concepts, Inc. Method and apparatus using electron cyclotron heated plasma for vacuum pumping
EP0483004A1 (fr) * 1990-10-25 1992-04-29 Commissariat A L'energie Atomique Source d'ions fortement chargés à sonde polarisable et à résonance cyrclotronique électronique

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JACQUOT B.: "source d' ions lourds caprice 10 ghz 2wce", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH, SECTION - A: ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, vol. a269, no. 1, June 1988 (1988-06-01), AMSTERDAM NL, pages 1 - 6, XP002039354 *
SORTAIS P ET AL: "DEVELOPMENTS OF COMPACT PERMANENT MAGNET ECRIS", INTERNATIONAL WORKSHOP ON ECR ION SOURCES, 1995, pages 44 - 52, XP000609281 *
ZSCHORNACK G ET AL: "A 14.6-GHZ ECR ION SOURCE FOR ATOMIC PHYSICS AND MATERIALS RESEARCH WITH HIGHLY CHARGED SLOW IONS", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, vol. 63, no. 5, 1 May 1992 (1992-05-01), pages 3078 - 3083, XP000301238 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2448387C2 (ru) * 2010-03-29 2012-04-20 Объединенный Институт Ядерных Исследований Способ получения пучка ионов высокой зарядности
RU2788955C1 (ru) * 2022-02-28 2023-01-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ инжекции потока вещества в плазму источника многоразрядных ионов

Also Published As

Publication number Publication date
DK0946961T3 (da) 2007-07-09
FR2757310A1 (fr) 1998-06-19
DE69737461D1 (de) 2007-04-19
US6194836B1 (en) 2001-02-27
EP0946961B1 (fr) 2007-03-07
FR2757310B1 (fr) 2006-06-02
EP0946961A1 (fr) 1999-10-06
DE69737461T2 (de) 2007-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0209469B1 (fr) Procédé et dispositif d'excitation d'un plasma par micro-ondes à la résonance cyclotronique électronique
EP0238397B1 (fr) Source d'ions à résonance cyclotronique électronique à injection coaxiale d'ondes électromagnétiques
EP1075168B1 (fr) Procédé de production d'un plasma élémentaire en vue de créer un plasma uniforme pour une surface d'utilisation et dispositif de production d'un tel plasma
EP1488443B1 (fr) Dispositif de confinement d'un plasma dans un volume
FR2475798A1 (fr) Procede et dispositif de production d'ions lourds fortement charges et une application mettant en oeuvre le procede
EP0711100B1 (fr) Dispositif de production d'un plasma permettant une dissociation entre les zones de propagation et d'absorption des micro-ondes
EP0145586B1 (fr) Source d'ions multicharges a plusieurs zones de resonance cyclotronique electronique
WO2008009559A2 (fr) Dispositif et procédé de production et/ou de confinement d'un plasma
EP0946961B1 (fr) Systeme magnetique, en particulier pour les sources ecr, permettant la creation de surfaces fermees d'equimodule b de forme et de dimensions quelconques
EP0527082B1 (fr) Source d'ions multicharges à résonance cyclotronique électronique de type guide d'ondes
EP0499514B1 (fr) Dispositif convertisseur de modes et diviseur de puissance pour tube hyperfréquence, et tube hyperfréquence comprenant un tel dispositif
EP2311061B1 (fr) Dispositif générateur d'ions à résonance cyclotronique électronique
EP0232651B1 (fr) Source d'ions à résonance cyclotronique électronique
FR2969372A1 (fr) Dispositif d’ionisation a la resonance cyclotron electronique
EP0813223B1 (fr) Dispositif pour engendrer un champ magnétique et source ecr comportant ce dispositif
EP1272015A1 (fr) Dispositif pour la production d'ions de charges positives variables et à résonance cyclotronique
WO1999003314A1 (fr) Cyclotron compact et son utilisation en proton therapie
FR2883410A1 (fr) Source de photons comprenant une source de plasma d'ions multicharges a la resonance cyclotron electronique.
FR2820880A1 (fr) Source d'ions multicharges
FR2985366A1 (fr) Generateur d'ondes hyperfrequences et procede de generation d'une onde hyperfrequence associe
WO1999062307A1 (fr) Dispositif destine a creer un champ magnetique a l'interieur d'une enceinte
FR2815810A1 (fr) Accelerateur d'electrons compact a cavite resonante

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1997952086

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09319561

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1997952086

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 1997952086

Country of ref document: EP