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ALPHATROS
アルファトロス負ヘリウムイオン源
NEC RF荷電変換イオン源はタンデム加速器用のHe-イオン源として開発されました。 現在ではHe-だけではなく、H-、NH-、およびO-ビームにも常用できるようになりました。
このイオン源のデザインはWisconsin University物理学部のH. T. Richards教授が設計、使用していたものを基本にNECが商品化いたしました。1979年にNEC Sシリーズタンデムペレトロンようとしてデビューして、常時改善が行われてきました。このアルファトロスイオン源は世界で60台以上がタンデム加速器用負イオン源として使用されています。
性能

最新のMeVイオン分析システムでは長寿命で運転保守の簡単なHe-、H-、NH-を発生できるイオン源が必要です。

このイオン源はシンプルで解りやすい構造です。始動時でも容易に2μA程度のHe-イオンが得ることができ、調整次第では4μA のビームを得ることができます。ベンチテストでは2μA運転下において、保守間隔は1000時間を超えています。

He-以外では、25μA以上のH-、2〜3μA程度のNH-を得ることができます。NH-イオンは表面水素のプロファイリングのために開発されました。

このイオン源のエミッタンスについてはNECは充分な試験を行っていませんが、NECのお客様が測定を行っています。これによると
He-: 〜 1.2πmm・mrad(MeV)1/2、80%
H- : 〜 3πmm・mrad(MeV)1/2
となっています。

Reference
"J. R. Tesmer, C. J. Maggiore and D. M. Parkin, Nucl. Instr. and Meth. B40/41 (1989) 718"
"J. R. Tesmer, C. R. Evans and M. G. Hollander, proeeding of Symposium of Notherneastern Accelerator Personnel, (1987), World Scientific, 77"

アルファトロス写真

He-イオンはHe+イオン生成とアルカリ金属蒸気を用いた荷電変換によってのみ作ることができます。

デザイン
アルファトロス原理

Heガス(He-用)または混合ガス(N2 + H2、NH-用)を石英ボトル内に導入します。石英ボトルにはRF発振器が取り付けられ、中性ガスをイオン化します。石英ボトル両端には2〜6kVの電圧がかけられています。RF放電により石英ボトル内で生じたイオンは直ちにルビジウム金属蒸気荷電変換セル内に入ります。

ルビジウムは、他のアルカリ金属より高い荷電変換効率を有していることにより、このイオン源の荷電変換用アルカリ金属として選択されました。ルビジウムは加熱され、ビーム経路に蒸気が充填されます。蒸気は、空冷セル壁、ビーム経路上にある水冷バッフルで冷却され凝縮してオーブンに戻ります。

イオン源を長寿命のために、ルビジウム蒸気をセル内にとどめ、他を汚さないことが重要です。セルの空冷、セル出入口のバッフルの水冷が効果を発揮しています。

RFイオン源全体はRFシールドで覆われています。
このイオン源はイオン源フランジにO−リングでシールされる石英ボトルを用いています。石英ボトルが汚れた時は洗浄してから再使用することができます。

アルファトロスイオン電流例
ビーム電流 カナル ガス
2〜3 μA He-
Ta
ヘリウム
>25 μA H-
Al
水素
>10 μA O-
Ta
水素とヘリウム
2〜3 μA NH-
Al
水素と窒素
1〜2 μA NH-
Al
99%水素と1%窒素の混合ガス
1 μA He-
Ta
99%ヘリウムと1%水素の混合ガス
2 μA H-
Ta
99%ヘリウムと1%水素の混合ガス
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