Concept for a cesium-free negative ion source based on microwave heating of a low work function granular material

低仕事関数物質の粉粒体のマイクロ波加熱によるセシウムフリー高効率負イオン源のコンセプト

松原 章浩*; 國分 陽子   ; 西尾 和久*; 木村 健二*; 樫村 京一郎*; 島田 耕史   ; 藤田 奈津子   

Matsubara, Akihiro*; Kokubu, Yoko; Nishio, Kazuhisa*; Kimura, Kenji*; Kashimura, Keiichiro*; Shimada, Koji; Fujita, Natsuko

安全性と高効率を両立する低仕事関数物質の粒体のマイクロ波加熱を元にしたセシウムフリー負イオン源のコンセプトを提案する。この負イオン源は、マイクロ波キャビティ中でプラズマ領域と負イオン生成領域が隣接する構造を持つ。負イオン源生成領域にはマイクロ波で加熱された低仕事関数物質の粒体が置かれている。プラズマ領域に入ったサンプルガスは電離・励起し、次に負イオン生成領域に入る。その後、低仕事関数物質の表面に接触し、負イオンに変わり、最終的に電界で引き出される。この負イオン源では、低仕事関数物質を粉粒体として用いるため、反応面積が従来の低仕事関数物質による負イオン源のそれに比べ一桁以上大きいという利点がある。

We propose a concept for a cesium-free negative ion source based on microwave heating of granular low work function materials, which allows for both safety and high efficiency. This negative ion source features a structure where the plasma region and the negative ion generation region are adjacent within a microwave cavity. In the negative ion generation region, granular low work function materials heated by microwaves are placed. The sample gas entering the plasma region is excited, then it enters the negative ion generation region. Subsequently, it comes into contact with the surface of the low work function material, changes into negative ions, and finally, is extracted by an electric field. One advantage of this negative ion source is that, by using low work function materials in granular form, the reactive area is more than ten times larger compared to conventional negative ion sources using low work function materials.