DE69915282T2

DE69915282T2 - DEVICE FOR GENERATING A MAGNETIC FIELD INSIDE A VESSEL

Info

Publication number: DE69915282T2
Application number: DE69915282T
Authority: DE
Inventors: Pascal Sortais; Claude Bieth
Original assignee: PANTECHNIK; PANTECHNIK CAEN
Current assignee: PANTECHNIK; PANTECHNIK CAEN
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: DE69915282D1; FR2779315B1; FR2779315A1; WO1999062307A1; EP1080613A1; JP2002517078A; AU3831399A; EP1080613B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Inneren eines Raumes bestimmt ist.The The present invention relates to a device for generating a magnetic field inside a room is determined.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes bestimmt ist, mit dem Ziel ein Plasma im Inneren eines Raumes einzuschließen.Especially The present invention relates to a device for generating a magnetic field is determined, with the aim of a plasma inside to enclose a room.

Die Plasmen sind ionisierte Gase, elektrisch neutrale Mischungen von Ionen und Elektronen, die in der Industrie verwendet werden, insbesondere, um sehr dünne Ablagerungen auf Oberflächen zu schaffen.The Plasmas are ionized gases, electrically neutral mixtures of Ions and electrons used in the industry, in particular, very thin Deposits on surfaces to accomplish.

Das Plasma kann durch verschiedene Methoden geschaffen werden, beispielsweise aus nicht ionisierten Atomen, die man, in Form von Dampf, in einen Raum führt, in dem ein Magnetfeld mit einer bestimmten Konfiguration herrscht. Der Ausdruck „Konfiguration" berücksichtigt sowohl die räumliche Geometrie des Magnetfeldes als auch seine Intensität in jedem Punkt des Raumes, wo dieses herrscht.The Plasma can be created by various methods, for example from non-ionised atoms, which, in the form of steam, are transformed into one Room leads, in which a magnetic field with a certain configuration prevails. The expression "configuration" is taken into account both the spatial geometry of the magnetic field as well as its intensity in every point of the room, where this rules.

Die Konfiguration des Feldes hängt wesentlich von der Anordnung der Magnetfelderzeugungsmittel um den Raum ab. Indem diese in geeigneter Weise platziert werden, erhält man in dem Raum ein Feld mit der gewünschten Konfiguration.The Configuration of the field depends essential to the arrangement of the magnetic field generating means around the Room off. By placing them in a suitable manner, one obtains in the space a field with the desired Configuration.

Die Atome werden ionisiert, beispielsweise durch energetische Elektronen, die durch eine Hochfrequenzwelle „erhitzt" werden, die sich in dem Raum ausbreitet und mit dem in dem Raum herrschenden Magnetfeld B gekoppelt ist, gemäß der Gleichung: B = (2πmf)/ewo m und e die Masse bzw. die Elektronenladung sind und f die Frequenz der Hochfrequenzwelle ist.The atoms are ionized, for example, by energetic electrons "heated" by a high frequency wave propagating in the space and coupled to the magnetic field B prevailing in the space, according to the equation: B = (2πmf) / e where m and e are the mass or the electron charge and f is the frequency of the high frequency wave.

Die aus den Atomkernen durch die Einwirkung der Hochfrequenzwelle abgespaltenen Elektronen werden dem Magnetfeld B unterworfen und beschreiben dann spiralförmige Bewegungen, wobei sie mit den anderen umgebenden Atomen kollidieren und so ihre Ionisierung erzeugen.The from the atomic nuclei split off by the action of the high-frequency wave Electrons are subjected to the magnetic field B and then describe spiral Movements, colliding with the other surrounding atoms and so generate their ionization.

Da die das Plasma erzeugenden Ionen und Elektronen nur spiralförmige Bahnen beschreiben können, wird das Plasma so in einem von dem Magnetfeld B begrenzten, eingeschränkten Volumen eingeschlossen, d. h. dass dieses in gewisser Weise als immaterieller Behälter für das Plasma dient. Die Stöße zwischen Atomen und Elektronen beschleunigen die Ionisierung der nicht ionisierten oder schon ionisierten Gasatome. So ist es möglich, mehrere Elektronen aus ein und demselben Atom abzuspalten und mehrfach geladene Ionen zu bilden.There the plasma generating ions and electrons only helical paths can describe the plasma is thus in a limited volume bounded by the magnetic field B. included, d. H. that in some ways as intangible container for the Plasma serves. The bumps between Atoms and electrons accelerate the ionization of non-ionized or already ionized gas atoms. So it is possible to get several electrons out split off one and the same atom and multiply charged ions to form.

Das in dem Raum herrschende Magnetfeld wird durch Permanentmagnete oder Wicklungen aufgebaut, die außerhalb des Raumes platziert sind. Im Allgemeinen beträgt die Intensität des verwendeten Feldes zwischen 0,01 T und mehreren Tesla. Die durch diese Magnete oder Wicklungen erzeugten Felder gestatten die Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer bestimmten Konfiguration nur in sehr eingeschränkten Volumen, im Bereich von einigen Litern.The in the space prevailing magnetic field is caused by permanent magnets or Windings built outside of the room are placed. In general, the intensity of the field used is between 0.01 T and several Tesla. Those by these magnets or Windings generated fields allow the generation of a magnetic field a certain configuration only in very limited volumes, in the range of a few liters.

Wenn es sich darum handelt, Magnetfelder in größeren Volumen zu schaffen, werden Wicklungen von supraleitenden Materialien verwendet. Diese Wicklungen müssen gekühlt werden bis auf Temperaturen im Bereich von 4 K, der Temperatur zur Verflüssigung von Helium.If it is about creating magnetic fields in larger volumes, For example, windings of superconducting materials are used. These windings have to chilled be up to temperatures in the range of 4 K, the temperature to liquefaction of helium.

Diese Wicklungen sind von mehreren Hüllen umgeben, die flüssiges Helium enthalten, in einer Menge, die ausreicht, um diese auf der gewünschten Temperatur zu halten. Diese Vorrichtung zum Kühlen macht es erforderlich, die supraleitenden Wicklungen in einem Abstand von wenigstens 5 cm zu den Wänden des Raums anzubringen, was den Aufbau eines Magnetfeldes mit einer beliebigen Konfiguration im Inneren des Raums erheblich stört.These Windings are surrounded by several sheaths, the liquid one Contain helium, in an amount that is sufficient for this on the desired temperature to keep. This device for cooling makes it necessary the superconducting windings at a distance of at least 5 cm to the walls of the room, what the construction of a magnetic field with a any configuration inside the room significantly disturbs.

Es gibt bereits Vorrichtungen für die Schaffung eines Magnetfeldes im Inneren eines Raums, wie diejenigen, die in den Patent Abstracts of Japan, Vol. 013, Nr. 220 (E-762) vom 23. Mai 1989 oder in den Patent Abstracts of Japan, Vol. 013, Nr. 184 (E-751) vom 28. April 1989 oder auch in der DE 12 44 975 B beschrieben sind, die insbesondere eine Wicklung benützen, die mit einem Material hergestellt ist, das supraleitende Eigenschaften aufweist und um den Raum angeordnet ist.There are already devices for creating a magnetic field inside a room, such as those disclosed in Patent Abstracts of Japan, Vol. 013, No. 220 (E-762) of May 23, 1989 or in the Patent Abstracts of Japan, Vol. 013, No. 184 (E-751) of April 28, 1989 or also in the DE 12 44 975 B are described, in particular, use a winding which is made with a material having superconducting properties and is arranged around the space.

Unter diesen Bedingungen stellen sich zwei Probleme: entweder kann der gesamte Innenbereich des Raums nicht richtig magnetisiert werden, d. h. dass die Intensität des Magnetfeldes nicht den gewünschten Wert in allen Punkten des Bereichs im Inneren des Raums erreicht, oder die Intensität des Feldes ist ausreichend hoch, aber dann ist es unmöglich, die gewünschte Konfiguration des Feldes im Inneren des Raums zu erhalten.Under These conditions pose two problems: either the entire interior of the room can not be properly magnetized, d. H. that the intensity the magnetic field is not the desired one Reaches value in all points of the area inside the room, or the intensity of the field is sufficiently high, but then it is impossible to desired Configuration of the field to get inside the room.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die durch den Stand der Technik gestellten Probleme zu lösen.The The aim of the present invention is that by the state solve the problems posed by the technology.

Dieses Ziel wird erreicht mittels einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Inneren des Raumes, der wenigstens einen Stoff in atomarem Zustand in der Dampfphase aufnehmen kann, um daraus die Ionen, Elektronen oder elektromagnetischen Strahlungen, die aus der Ionisation dieses Stoffes stammen, zu extrahieren, die insbesondere aufweist:

– Magnetfelderzeugungsmittel, die geeignet sind, wenigstens teilweise den Raum zu umgeben, indem sie in einem Abstand von der Wand des Raumes, zwischen 1 mm und 50 mm von der Wand des Raumes, platziert sind, und die wenigstens eine Wicklung, die mit einem Material hergestellt ist, das supraleitende Eigenschaften zwischen 16 K und 273 K hat, sowie ein Tiefsttemperatursystem aufweisen, das dazu bestimmt ist, die Magnetfelderzeugungsmittel auf dieser Temperatur zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Elemente zum Verschieben von wenigstens einem Teil der Magnetfelderzeugungsmittel aufweist, die die Konfiguration des in dem Raum herrschenden Magnetfeldes zu modulieren gestatten, um verschiedene Arten von Ionen zu produzieren und für jede von ihnen die Elektronenzyklotronresonanz (ECR) zu erhalten.

This object is achieved by means of a device for generating a magnetic field in the interior of the room, which can accommodate at least one substance in the atomic state in the vapor phase in order to extract from it the ions, electrons or electromagnetic radiation resulting from the ionization of this Stoffes come to extract, which has in particular:

Magnetic field generating means capable of at least partially surrounding the space by being placed at a distance from the wall of the room, between 1 mm and 50 mm from the wall of the room, and the at least one winding connected to a material having superconducting properties between 16 K and 273 K, and a cryogenic system intended to maintain the magnetic field generating means at that temperature, characterized in that it also comprises elements for displacing at least part of the magnetic field generating means to modulate the configuration of the magnetic field prevailing in the space to produce different types of ions and to obtain electron cyclotron resonance (ECR) for each of them.

Vorzugsweise sind die Magnetfelderzeugungsmittel in einem Abstand zur Wand des Raums zwischen 1 mm und 50 mm angeordnet.Preferably the magnetic field generating means are at a distance from the wall of the Space between 1 mm and 50 mm arranged.

Da die Vorrichtung supraleitende Materialien zwischen 16 K und 273 K verwendet, ist es dann möglich, sich von der flüssiges Helium benutzenden Kühleinrichtung zu lösen. Man kann beispielsweise ein Tiefsttemperatursystem vom Typ „Cryocooler" verwenden, das nicht nur die Annäherung der Wicklungen gestattet, sondern auch den Vorteil aufweist, dass es weniger Platz einnimmt, kostengünstiger ist sowie flexibler und sicherer zu handhaben ist als ein Tiefsttemperatursystem mit Helium. Somit entstehen erheblich geringere Installationskosten und die Sicherheit der Einrichtung wird verbessert.There the device superconducting materials between 16 K and 273 K is used, it is then possible away from the liquid Helium using cooling device to solve. For example, you can use a "cryocooler" cryogenic system that does not only the approach allows the windings, but also has the advantage that It takes up less space, is less expensive and more flexible and safer to handle than using a cryogenic system Helium. This results in significantly lower installation costs and the security of the facility is improved.

Beispielsweise nimmt ein Gerät, das ein klassisches Tiefsttemperatursystem mit Helium benutzt, im Allgemeinen ein Volumen von 1 m³ ein und wiegt mehrere hundert Kilo. Im Gegensatz dazu hat ein Gerät, das sich eines Tiefsttemperatursystems vom Typ „Cryocooler" bedient, ein Volumen von nur einigen zehn Litern.For example, a device that uses a classic helium cryogenic system generally occupies a volume of 1 m ³ and weighs several hundred kilos. In contrast, a device that uses a "cryocooler" cryogenic system has a volume of just a few tens of liters.

Außerdem ermöglicht die Verwendung von supraleitenden Materialien eine erhebliche Reduktion des Stromverbrauchs, wodurch so die Benutzerkosten jedes Gerätes, das die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, reduziert werden.In addition, the Use of superconducting materials a significant reduction of power consumption, thereby reducing the user cost of each device, the the device according to the invention has to be reduced.

Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise verwendet werden, um ein in einer anderen Vorrichtung produziertes Plasma einzuschließen.A such device can be used, for example, to to include plasma produced in another device.

Der sehr geringe Abstand zwischen der Wand und den Erzeugungsmitteln ermöglicht es, in jedem Punkt, der innerhalb eines Raumes mit einem beliebigen Volumen liegt, ein Magnetfeld im Bereich von 1 bis 5 T zu schaffen, das für die verschiedensten Anwendungen ausreichend ist.Of the very small distance between the wall and the generating means allows it, in any point, within a room with any Volume is to provide a magnetic field in the range of 1 to 5 T, that for the most diverse applications is sufficient.

Vorteilhafterweise umfasst diese Vorrichtung außerdem auch ein System zur Injektion der Atome in den Raum und ein System zur Extraktion der Ionen und Elektronen des in dem Raum enthaltenen Plasmas. Eine solche Vorrichtung kann dann in die Struktur von diversen Geräten integriert werden.advantageously, includes this device as well also a system for injecting atoms into space and a system to extract the ions and electrons of the space contained in the space Plasma. Such a device can then be incorporated into the structure of various devices to get integrated.

Vorteilhafterweise wird diese Vorrichtung außerdem ein System zur Ionisierung der in den Raum injizierten Atome aufweisen.advantageously, This device will work as well have a system for ionizing the atoms injected into the space.

Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung außerdem eine Vorrichtung zum Führen einer Hochfrequenzwelle ins Innere des Raums aufweisen. Eine solche Vorrichtung ermöglicht dann die Realisierung der Ionisierung der Atome, indem eine Elektronenzyklotronresonanz (ECR) erzeugt wird, wie im Stand der Technik dargelegt. Diese Methode hat den Vorteil, dass kein Draht verwendet wird, der, indem er sich verbraucht, die Lebensdauer der gesamten Vorrichtung verringert.advantageously, the device will as well a device for guiding a high frequency wave into the interior of the room. Such Device allows then the realization of the ionization of the atoms by an electron cyclotron resonance (ECR) is generated as set forth in the prior art. This method has the advantage that no wire is used, which by itself consumed, the life of the entire device is reduced.

Vorteilhafterweise kann eine solche Vorrichtung außerdem ein Extraktionssystem aufweisen, das es ermöglicht, einen breiten Strahl zu erhalten, der eine Fläche von etwa 1 m² begrenzt. Es kann dann beispielsweise für die Herstellung von breiten Strahlen oder die Realisierung eines Gerätes verwendet werden, das dazu bestimmt ist, die Oberflächen in industriellem Maßstab zu behandeln. Da das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung magnetisierte Volumen beträchtlich sein kann, kann das zu behandelnde Stück vollkommen in das Plasma getaucht werden. Seine Behandlung ist dann viel einfacher und schneller als mit einem Strahl, den man an der Oberfläche des Stücks verschieben muss. Die so hergestellte Ablagerung ist vollkommen gleichmäßig.Advantageously, such a device may further comprise an extraction system which makes it possible to obtain a wide beam which limits an area of about 1 m ² . It can then be used, for example, for the production of wide beams or the realization of a device intended to treat the surfaces on an industrial scale. Since the volume magnetized by the device according to the invention can be considerable, the piece to be treated can be completely submerged in the plasma. His treatment is much easier and faster than with a beam that you have to move on the surface of the piece. The deposit thus produced is completely uniform.

Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem ein System zur Extraktion der schweren Elemente, die in dem Plasma enthalten sein können.advantageously, includes the device according to the invention Furthermore a system for extracting the heavy elements that are in the plasma may be included.

Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung auch Mittel zur Regulierung der Stärke des wenigstens eine Wicklung durchfließenden elektrischen Stroms. Diese Mittel zur Regulierung können beispielsweise einfache Potentiometer sein. Es ist möglich, Mittel zur Regulierung der Stromstärke in der Wicklung mit einem oder mehreren Elementen zum Verschieben der Wicklung oder der andern Magnetfelderzeugungsmittel zu kombinieren.advantageously, includes the device according to the invention also means for regulating the strength of the at least one winding flowing through electric current. These means of regulation can, for example be simple potentiometer. It is possible, means of regulation the current strength in the winding with one or more elements to move the winding or the other magnetic field generating means to combine.

Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Realisierung von Geräten, die für die Plasmenproduktion bestimmt sind.A Use of the device according to the invention consists in the realization of equipment intended for plasma production are.

Ein anderes mögliches Beispiel für die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Realisierung eines Gerätes, das für die Produktion von Röntgenstrahlen bestimmt ist, unter Verwendung der vorher dargelegten ECR-Methode zur Ionisierung der Atome.One other possible example for the use of the device according to the invention consists in the realization of a device responsible for the production of X-rays is determined using the previously set ECR method for Ionization of the atoms.

Ein drittes Beispiel zur Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Einsatz einer Vorrichtung zur Behandlung der Oberflächen.One third example of the use of the device according to the invention is the use of a device for the treatment of surfaces.

Die Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, die als nicht einschränkende Beispiele dargestellt sind, erleichtert das Verständnis der Erfindung und verdeutlicht ihre Vorteile. Alle Ausführungsformen müssen Elemente zum Verschieben, wie im Anspruch 1 definiert, aufweisen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:The reading the following detailed description of the embodiments, which as non-limiting Examples are illustrated, facilitates the understanding of Invention and illustrates its advantages. All embodiments have to Elements for shifting, as defined in claim 1, have. The description refers to the attached drawings, in which:

1a eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und 1b die verschiedenen Konfigurationen darstellt, die man durch Verwendung der Vorrichtung der 1a erhalten kann; 1a represents a particular embodiment of the present invention and 1b represents the various configurations that can be achieved by using the device of 1a can receive;

2a eine besondere Ausführungsform darstellt, die für die Herstellung eines Plasmas verwendet wird; 2b ein Beispiel zur Konfiguration des Magnetfeldes im Inneren des Raums darstellt; 2a a particular embodiment used for the preparation of a plasma; 2 B an example of the configuration of the magnetic field inside the room;

3a eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, die verwendet wird, um mehrfach geladene Ionen herzustellen; 3b zeigt ein Beispiel zur Konfiguration des verwendeten Feldes; 3a FIG. 2 illustrates a second embodiment of the present invention used to prepare multiply charged ions; FIG. 3b shows an example of the configuration of the field used;

4 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform, die bei einem System zur Herstellung von großen und gleichmäßigen Plasmen für die industrielle Behandlung von großen Oberflächen verwendet wird; 4 shows schematically a third embodiment used in a system for producing large and uniform plasmas for the industrial treatment of large surfaces;

5a zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform, die beispielsweise für die Herstellung eines Gerätes verwendet wird, das der Produktion von Röntgenstrahlen dient; 5b zeigt ein Beispiel einer bevorzugten Konfiguration des in dieser Vorrichtung verwendeten Magnetfeldes. 5a shows schematically a fourth embodiment, which is used for example for the production of an apparatus that is used for the production of X-rays; 5b shows an example of a preferred configuration of the magnetic field used in this device.

1a zeigt eine besondere Ausführungsform, durch die ein Magnetfeld B erhalten werden kann, das in einem Raum 10 herrscht und eine bezüglich einer Symmetrieachse z zylindrische Geometrie aufweist. Fünf Wicklungen 20, 21, 22, 23 und 24 schaffen ein axiales Magnetfeld Bz, d. h. parallel zur z-Achse. 1a shows a particular embodiment, through which a magnetic field B can be obtained in a room 10 prevails and has a cylindrical geometry with respect to a symmetry axis z. Five windings 20 . 21 . 22 . 23 and 24 create an axial magnetic field Bz, ie parallel to the z-axis.

Im Zentrum dieser Wicklungen platziert, befinden sich zwei Mehrpole 26 und 28, die ein radiales Feld Br schaffen sollen. Das in dem Raum herrschende resultierende Magnetfeld hat somit eine radiale Komponente Br und eine axiale Komponente Bz. Die Wicklungen 20, 21, 22, 23 und 24 sind in einer Hülle 30 enthalten, die beispielsweise mit einem Cryocooler (in 1a nicht dargestellt) verbunden ist, so dass diese auf einer Temperatur zwischen 16 K und 273 K gehalten werden. Diese Wicklungen sind mit Potentiometern verbunden, die die Stärke des sie durchfließenden Stroms regulieren und somit die Intensität der axialen Komponente steuern können, wodurch die Konfiguration des in dem Raum 10 herrschenden Feldes modifiziert werden kann. Man kann auch jede Wicklung in einer Hülle anordnen, die beispielsweise mit einer Tiefsttemperaturvorrichtung vom Typ Cyrocooler verbunden ist.Placed in the center of these windings are two poles 26 and 28 that should create a radial field Br. The resulting magnetic field in the space thus has a radial component Br and an axial component Bz. The windings 20 . 21 . 22 . 23 and 24 are in a shell 30 contained, for example, with a cryocooler (in 1a not shown), so that they are maintained at a temperature between 16 K and 273 K. These windings are connected to potentiometers which can regulate the magnitude of the current flowing through them and thus control the intensity of the axial component, thereby increasing the configuration of the space in the space 10 ruling field can be modified. It is also possible to arrange each winding in a casing which is connected, for example, to a cryogenic cooler of the Cyrocooler type.

1b zeigt die verschiedenen Konfigurationen der axialen Komponente, die man mit einer solchen Vorrichtung erhalten kann, indem die Stärke des die Wicklungen durchfließenden Stroms variiert wird. Jede Kurve repräsentiert das Verhalten des Betrags der axialen Komponente des in dem Raum herrschenden Magnetfeldes in Abhängigkeit zur Lage auf der z-Achse. Die maximale Stärke dieser Komponente liegt im Bereich von einigen Tesla und hängt von der Zyklotronresonanzfrequenz ab. Die Kurven 100, 101 und 102 zeigen alle zwei Maxima von verschiedenen Werten und einen Minimalwert, der ein Plateau bilden kann, wie dies bei Kurve 102 der Fall ist. Die Kurve 103 ist fast eben. Die Kurven 104 und 105 weisen nur einen Höchstwert auf, dessen Lage auf der z-Achse steuerbar ist, durch Regulierung der Stromstärke in den Wicklungen, beispielsweise durch Potentiometer. Die Stromstärke in diesen Wicklungen wird beispielsweise im Bereich von einigen hundert Ampere liegen. 1b shows the various configurations of the axial component that can be obtained with such a device by varying the strength of the current flowing through the windings. Each curve represents the behavior of the magnitude of the axial component of the magnetic field prevailing in the space as a function of the position on the z-axis. The maximum strength of this component is in the range of a few tesla and depends on the cyclotron resonance frequency. The curves 100 . 101 and 102 show all two maxima of different values and a minimum value that can form a plateau, as in curve 102 the case is. The curve 103 is almost flat. The curves 104 and 105 have only a maximum value whose position is controllable on the z-axis, by regulating the current in the windings, for example by potentiometers. The current in these windings will for example be in the range of a few hundred amperes.

2a stellt schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fünf Wicklungen 20, 22, 24, 26 und 28 von supraleitenden Materialien, die auf einer Temperatur zwischen 16 K und 273 K gehalten werden, sind jeweils in einer Hülle 30 angeordnet, die mit einem geeigneten Tiefsttemperatursystem 40 verbunden ist, beispielsweise einem Cyrocooler, der sie auf einer Temperatur im Bereich von 30 K hält; die Hülle 30 selbst ist auf Umgebungstemperatur. Denkbar sind auch getrennte Hüllen für jede der mit unabhängigen Tiefsttemperatursystemen verbundenen Wicklungen. 2a schematically illustrates an embodiment of the present invention. Five windings 20 . 22 . 24 . 26 and 28 Superconducting materials maintained at a temperature between 16 K and 273 K are each in a shell 30 arranged with a suitable cryogenic system 40 connected, for example, a Cyrocooler that keeps them at a temperature in the range of 30 K; the case 30 itself is at ambient temperature. Also conceivable are separate sheaths for each of the windings connected to independent cryogenic systems.

Diese beiden Wicklungen umgeben den Raum 10, der eine Eintrittsöffnung 12 des Materials in Form eines aus Atomen gebildeten Gases und eine Austrittsöffnung 14 des Plasmas aufweist, das in dem Raum 10 erzeugt oder in diesen injizierten werden kann.These two windings surround the room 10 that has an entrance opening 12 the material in the form of a gas formed from atoms and an outlet opening 14 of the plasma that is in the room 10 can be generated or injected into these.

Man kann diese Vorrichtung auch mit einem System zur Ionisierung 46 der in den Raum eingeführten Atome ausstatten. Dieses Ionisierungssystem ist beispielsweise entweder ein Draht, ein Wellenleiter oder ein optisches System, das es ermöglicht eine Hochfrequenzwelle in den Raum 10 zu leiten. Man kann auch eine Anzahl von Wicklungen vorsehen, die für die Abmessungen des zu magnetisierenden Raumes ausgelegt ist.One can also use this device with a system for ionization 46 who entered the room equipped atoms equip. This ionization system is, for example, either a wire, a waveguide or an optical system that allows a high frequency wave into the room 10 to lead. You can also provide a number of windings, which is designed for the dimensions of the space to be magnetized.

Die Verwendung von supraleitenden Materialien bei Temperaturen zwischen 16 K und 273 K ermöglicht die Platzierung der Wicklungen in einem Abstand L zur Wand 11 des Raums 10. Dieser Abstand L liegt im Bereich von einigen Millimetern anstelle von einigen zehn Zentimetern bei klassischen Supraleitern.The use of superconducting materials at temperatures between 16K and 273K allows the windings to be placed at a distance L from the wall 11 of the room 10 , This distance L is in the range of a few millimeters instead of a few tens of centimeters in classical superconductors.

Vorteilhafterweise vervollständigen ein klassisches Extraktionssystem 50, das dazu bestimmt ist, die Komponenten aus dem im Raum 10 erzeugten Plasma zu extrahieren, und ein Injektionssystem 52 die Vorrichtung, die dann ein Plasma oder Atome im Inneren des Raums 10 aufnehmen kann.Advantageously, complete a classical extraction system 50 that is designed to remove the components from the space 10 to extract generated plasma, and an injection system 52 the device, which is then a plasma or atoms inside the room 10 can record.

Wenn man ein Plasma unter Verwendung einer Elektronenzyklotronresonanz erzeugt, hat dann das Feld vorteilhafterweise die in 2b dargestellte Konfiguration. Das Magnetfeld besitzt wenigstens einen Wert, bei dem man die Elektronenzyklotronresonanz mit einer beliebigen Feldgeometrie erhält.When generating a plasma using electron cyclotron resonance, then the field advantageously has the in 2 B illustrated configuration. The magnetic field has at least one value at which one obtains the electron cyclotron resonance with any field geometry.

Vorteilhafterweise sind die Wicklungen sehr nahe bei der Plasmakammer angeordnet, um das magnetisierte Volumen zu minimieren.advantageously, the windings are arranged very close to the plasma chamber to to minimize the magnetized volume.

3a zeigt schematisch ein Gerät, das zur Erzeugung der Plasmen von mehrfach geladenen Ionen, d. h. mit mehreren positiven Ladungen, dient. 3a schematically shows a device that is used to generate the plasmas of multiply charged ions, ie with multiple positive charges.

Vorteilhafterweise beinhaltet die Vorrichtung, im Falle eines Raums 10, der eine Geometrie mit zylindrischer Symmetrie aufweist, außerdem ein System zur Erzeugung eines mehrpoligen Magnetfeldes 60, mit supraleitenden Wicklungen oder Permanentmagneten, und ein System zum Führen einer Hochfrequenzwelle (in 3a nicht dargestellt) ins Innere des Raums 10, so dass das Plasma durch Elektronenzyklotronresonanz erzeugt wird.Advantageously, the device includes, in the case of a room 10 which has a geometry with cylindrical symmetry, as well as a system for generating a multipolar magnetic field 60 , with superconducting windings or permanent magnets, and a system for guiding a high frequency wave (in 3a not shown) into the interior of the room 10 so that the plasma is generated by electron cyclotron resonance.

Die Wicklungen 20, 21 und 22 werden vorzugsweise um den Raum 10 herum und in einem Abstand l im Bereich von einigen Millimetern platziert. Jede Wicklung ist in einer Hülle 30, 31, 32 enthalten, die mit einem Tiefsttemperatursystem verbunden ist. Es können auch mehrere Tiefsttemperatursysteme vorgesehen sein, eines für jede Hülle.The windings 20 . 21 and 22 are preferably around the room 10 placed around and at a distance l in the range of a few millimeters. Each winding is in a shell 30 . 31 . 32 included with a cryogenic system. It can also be provided several cryogenic systems, one for each shell.

3b zeigt eine bevorzugte Konfiguration des Magnetfeldes gemäß einem Querschnitt der Kammer entlang einer Achse senkrecht zur z-Achse, die, im Falle eines Magnetfeldes B, in der Mitte des Raums liegt, der eine zylindrische Symmetrie bezüglich dieser z-Achse aufweist. 3b shows a preferred configuration of the magnetic field according to a cross-section of the chamber along an axis perpendicular to the z-axis which, in the case of a magnetic field B, lies in the middle of the space having a cylindrical symmetry with respect to this z-axis.

Man stellt fest, dass der Betrag des Magnetfeldes B zwei maximale Werte B1 und B2 aufweist, die einen Minimalwert B3 zwischen diesen beiden Maxima umgeben. Der Wert dieser Maxima ist größer als der Wert B_ECR für den man die Zyklotronresonanz erhält. Dieser Wert B_ECR hängt von der Art der verwendeten Atome und der dem Raum 10 zugeführten Hochfrequenzwelle ab. Der Minimalwert B3 ist kleiner als B_ECR. Diese Art von Konfiguration des Magnetfeldes ist nur als Hinweis gegeben; es ist selbstverständlich möglich, ein Magnetfeld mit einer beliebigen Konfiguration im Inneren des Raums 10 zu errichten.It will be noted that the magnitude of the magnetic field B has two maximum values B1 and B2 surrounding a minimum value B3 between these two maxima. The value of these maxima is greater than the value B _ECR for which the cyclotron resonance is obtained. This value B _ECR depends on the type of atoms used and the space 10 supplied high-frequency wave from. The minimum value B3 is smaller than B _ECR . This type of configuration of the magnetic field is given only as an indication; It is of course possible to have a magnetic field with any configuration inside the room 10 to build.

4 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zur Behandlung der Oberflächen mittels großer und gleichmäßig dichter Plasmen bestimmt ist. 4 shows an embodiment of the present invention, which is intended for the treatment of surfaces by means of large and uniformly dense plasmas.

In 4 wurde, der Einfachheit halber, nur eine einzige Wicklung 20 dargestellt. Diese Wicklung 20 ist in einer Hülle 30 enthalten, die mit einem geeigneten Tiefsttemperatursystem verbunden ist, das diese auf einer Temperatur zwischen 16 K und 273 K hält. Das Extraktionssystem 70 weist ein Gitter 74 auf, derart, dass ein breiter Plasmastrahl hergestellt wird, der auf ein festes oder mobiles Substrat S unter der Vorrichtung angewandt wird. Die zu behandelnde Oberfläche des Substrats S liegt in einem regulierbaren Abstand R, im Bereich von mehreren zehn Zentimetern beispielsweise. Es ist auch denkbar, die zu behandelnde Oberfläche direkt in das Plasma zu tauchen. Das System zur Führung der Welle umfasst mehrere Wellenleiter 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206 und 207, die entlang des Raums 10 angeordnet und dazu bestimmt sind, diesem eine Welle mit einer Frequenz größer als 900 Mhz, mit einer gleichförmigen Verteilung der Leistungsdichte dieser Hochfrequenzwelle, zuzuführen.In 4 was, for the sake of simplicity, only a single winding 20 shown. This winding 20 is in a shell 30 which is connected to a suitable cryogenic system that keeps them at a temperature between 16 K and 273 K. The extraction system 70 has a grid 74 such that a wide plasma jet is produced which is applied to a fixed or mobile substrate S under the device. The surface of the substrate S to be treated lies at a regulatable distance R, for example in the range of several tens of centimeters. It is also conceivable to immerse the surface to be treated directly in the plasma. The system for guiding the shaft comprises several waveguides 200 . 201 . 202 . 203 . 204 . 205 . 206 and 207 that go along the room 10 are arranged and destined to supply a wave with a frequency greater than 900 Mhz, with a uniform distribution of the power density of this high frequency wave.

Das in dem Raum 10 herrschende Magnetfeld B ist intensiv und einheitlich, vorzugsweise ist seine Intensität größer als 0,01 T.That in the room 10 prevailing magnetic field B is intense and uniform, preferably its intensity is greater than 0.01 T.

Da das magnetisierbare Volumen extrem groß sein kann, ist es möglich, lange und breite Strahlen mit einer Oberfläche von etwa 1 m² zu extrahieren. Es ist dann möglich, sehr große Oberflächen schnell zu behandeln und eine gleichmäßige Ablagerung zu erhalten.Since the magnetizable volume can be extremely large, it is possible to extract long and wide beams with a surface area of about 1 m ² . It is then possible to treat very large surfaces quickly and obtain a uniform deposit.

5a zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die für die Herstellung von Röntgenstrahlen verwendet werden kann. 5a schematically shows a fourth embodiment of the present invention, which can be used for the production of X-rays.

Die Vorrichtung weist ein System zum Leiten 58 einer Welle ins Innere des Raums 10 mit einer Frequenz auf, die vorzugsweise höher ist als 2,45 Ghz.The device has a system for conducting 58 a wave into the interior of the room 10 with a frequency which is preferably higher than 2.45 Ghz.

Die Erzeugungsmittel, die mehrere Wicklungen 20, 21, 22, 23, 24 aufweisen, sind entlang der z-Achse angeordnet. Das in dem Raum erzeugte Magnetfeld, unter der Annahme, dass es eine axizylindrische Geometrie zur Vereinfachung seiner Darstellung aufweist, hat eine Konfiguration, die der in 5b dargestellten vorzugsweise ähnlich ist.The generating means, the several windings 20 . 21 . 22 . 23 . 24 are arranged along the z-axis. The magnetic field generated in the space, assuming that it has a axicylindrical geometry to simplify its presentation, has a configuration similar to that in FIG 5b is preferably similar.

Der Betrag des Magnetfelds weist entlang der Symmetrieachse z zwei Maxima B1 und B2 auf, mit Werten, die höher sind als R_ECR und ein Plateau B3, dessen Wert gleich R_ECR ist. Die zwischen diesen beiden Maxima eingeschlossenen Atome erfahren Stöße untereinander und mit den Elektronen, die von ihnen abgespalten wurden.The magnitude of the magnetic field has two maxima B1 and B2 along the axis of symmetry z, with values higher than R _ECR and a plateau B3 whose value is equal to R _ECR . The atoms enclosed between these two maxima experience collisions with each other and with the electrons that have been split off from them.

Ein mit dem Kern fest verbundenes Elektron wird von dem Atom abgespalten, ein Elektron, das nahe dem Kern sitzt, aber weniger fest mit diesem verbunden ist als das zuvor abgespaltene Elektron, füllt den durch das vorige Elektron gelassenen leeren Raum. Dieser Übergang erfolgt mit einer Emission von Photonen mit hoher Energie, wie Röntgenstrahlen. Diese Art von Vorrichtung ermöglicht auch den Erhalt eines Magnetfeldes mit beliebiger Geometrie in dem Raum 10.An electron, firmly attached to the nucleus, is split off from the atom, an electron that sits near the nucleus but is less firmly bound to it than the previously split electron fills the empty space left by the previous electron. This transition occurs with emission of high energy photons, such as X-rays. This type of device also makes it possible to obtain a magnetic field of arbitrary geometry in the room 10 ,

Jede zuvor dargelegte Ausführungsform muss außerdem Elemente zum Verschieben von wenigstens einem Teil der Magnetfelderzeugungsmittel aufweisen. Es ist dann möglich, die Konfiguration des in dem Raum herrschenden Magnetfeldes zu modulieren, indem man die Magnetfelderzeugungsmittel verschiebt. Man kann so, in jedem Punkt, der im Inneren dieses Raums liegt, die Richtung des Vektors des Magnetfelds sowie seine Intensität modifizieren.each previously set forth embodiment Furthermore Have elements for moving at least a part of the magnetic field generating means. It is then possible to modulate the configuration of the magnetic field in the room, by suspending the magnetic field generating means. You can, in every point that lies in the interior of this room, the direction the vector of the magnetic field as well as its intensity modify.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die Wicklungen auf Elementen zum Verschieben befestigt, beispielsweise hinsichtlich Translation entlang der Plasmakammer, die beispielsweise Schrauben aufweisen, die ein präzises Verschieben der Wicklungen ermöglichen. Dies erlaubt eine Modulierung der Konfiguration des in dem Raum herrschenden Magnetfeldes B. Man kann außerdem gleichzeitig die Vorrichtung mit Potentiometern ausstatten, die für die Regulierung der Stärke des die Wicklungen durchfließenden Stroms bestimmt sind.According to one particular embodiment the windings mounted on elements for moving, for example in terms of translation along the plasma chamber, for example Have screws that provide a precise Allow moving the windings. This allows a modulation of the configuration of the in the room It is also possible to simultaneously use the device equipped with potentiometers used to regulate the strength of the flowing through the windings Electricity is determined.

Da die Erzeugungsmittel der Wand nahe sind, ist es einfach, die Konfiguration des in dem Raum herrschenden Magnetfeldes nuanciert und präzise zu verändern, d. h. seine Intensität und seine Geometrie. So kann man, in einem beliebigen Volumen, ein Magnetfeld mit einer beliebigen Geometrie schaffen.There the generating means are close to the wall, it is easy to configure of the magnetic field in the room is nuanced and precise change, d. H. his intensity and his geometry. So you can, in any volume, a Create a magnetic field with any geometry.

Im Falle von Vorrichtungen, die Plasmen durch Elektronenzyklotronresonanz erzeugen, weist die Modulation des Magnetfeldes mehrere Vorteile auf. Die Kammer hat in der Tat Abmessungen, die von der Hochfrequenzwelle, die die Atome ionisiert, abhängen. Das Magnetfeld ist auch an diese Welle gekoppelt. Die Tatsache, dass die Intensität des Felds B moduliert werden kann, ermöglicht die Verwendung von Wellen mit verschiedenen Frequenzen und so den Erhalt der Elektronenzyklotronresonanz für mehrere Arten von Ionen, die von verschiedenen Elementen stammen.in the Trap of devices, the plasmas by electron cyclotron resonance generate, the modulation of the magnetic field has several advantages. The chamber does in fact have dimensions that are different from the high frequency wave, which ionizes the atoms. The magnetic field is also coupled to this wave. The fact, that the intensity of field B allows the use of waves with different frequencies and so obtaining the electron cyclotron resonance for several Types of ions that come from different elements.

Die Form der Wicklungen kann variabel sein, nämlich beispielsweise kreisförmig oder quadratisch, in Abhängigkeit von dem in Raum 10 zu schaffenden Feld.The shape of the windings may be variable, for example, circular or square, depending on the space 10 to be created field.

Die magnetische Konfiguration des Feldes bestimmt auch die Art der gebildeten Ionen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit die Herstellung verschiedener Feldkonfigurationen, die für die Bildung von verschiedenen Arten von Ionen geeignet sind.The magnetic configuration of the field also determines the nature of the formed Ions. The device according to the invention allows thus producing various field configurations necessary for education of different types of ions are suitable.

Claims

Device with a room ( 10 ), which is intended to generate a magnetic field (B) in the interior of the space, which is capable of absorbing at least one substance in atomic state in the vapor phase in order to extract from it the ions, electrons or electromagnetic radiation ( 14 ), which originate from the ionization of this substance, which in particular comprises: magnetic field generating means ( 20 . 21 . 22 . 24 . 26 . 28 ) that are suitable, at least in part, the space ( 10 ) surrounded by at a distance (L, l) from the wall of the room ( 10 ), between 1 mm and 50 mm from the wall ( 11 ) of the room ( 10 ), and the at least one winding made with a material having superconducting properties between 16 K and 273 K, and a cryogenic system (US Pat. 40 ), which is intended to hold the magnetic field generating means at this temperature, characterized in that it also comprises elements for displacing at least a part of the magnetic field generating means, the configuration of which in the space ( 10 ) to modulate different types of ions and obtain electron cyclotron resonance (ECR) for each of them.

Device according to claim 1, characterized in that it further comprises: - a system for injection ( 52 ) of the atoms in the room ( 10 ), - an extraction system ( 50 ) of the ions and electrons in the space ( 10 ) formed plasma having.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a device for ionizing ( 46 ) in the room ( 10 ) has injected atoms.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it also comprises a device for guiding ( 46 ) has a high frequency wave in the interior of the room.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it also - an extraction system ( 74 ), which makes it possible to obtain a wide beam which limits an area of about 1 m ² .

Device according to one of claims 1 to 5, characterized that they too - a system for extracting the heavy ions contained in the plasma can, having.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized that they too Means for regulating starch of the winding flowing through having electric current.

Use of the device according to one of claims 1 to 7 for the realization of a device that for the Plasma production is determined.

Use of the device according to one of claims 1 to 7 for the realization of a device that for the Production of X-rays is determined.

Use of the device according to one of claims 1 to 7 for the realization of a device that for the Treatment of the surfaces is determined.