イオン源

イオン源は原子イオンと分子イオンを生成する装置である。^{[1]イオン源は}質量分析計、発光分析計、粒子加速器、イオン注入装置、イオンエンジン用のイオンを形成するために使用される。

電子イオン化は質量分析、特に有機分子の分析に広く利用されている。電子イオン化を生じる気相反応は

${\displaystyle {\ce {M{}+e^{-}->M^{+\bullet }{}+2e^{-}}}}$

ここで、M はイオン化される原子または分子、は電子、は結果として生じるイオンです。 ${\displaystyle {\ce {e^-}}}$${\displaystyle {\ce {M^{+\bullet }}}}$

電子は、陰極と陽極の間のアーク放電によって生成される可能性があります。

電子ビームイオン源（EBIS）は、原子物理学において、強力な電子ビームで原子を衝突させることにより高電荷イオンを生成するために使用されます。^{[2] [3]その動作原理は}電子ビームイオントラップと共通です。

電子捕獲イオン化（ECI）は、電子を付着させてA ^−•型のイオンを生成することで気相原子または分子をイオン化する反応である。

${\displaystyle {\ce {A + e^- ->[M] A^-}}}$

ここで、矢印の上の M は、エネルギーと運動量を保存するために3 番目の物体が必要であることを示しています (反応の 分子数は 3 です)。

電子捕獲は化学イオン化と組み合わせて利用することができる。^[4]

電子捕獲検出器は一部のガスクロマトグラフィーシステムで使用されている。^[5]

化学イオン化（CI）は、電子の除去ではなくイオン/分子反応を伴うため、電子イオン化よりもエネルギーの低いプロセスです。 ^[6] エネルギーが低いため、フラグメンテーションが少なくなり、通常はスペクトルが単純になります。典型的なCIスペクトルには、簡単に識別できる分子イオンがあります。^[7]

CI実験では、イオンは、イオン源内で分析対象物と試薬ガスのイオンとの衝突によって生成されます。一般的な試薬ガスには、 メタン、アンモニア、イソブタンなどがあります。イオン源内では、試薬ガスが分析対象物に比べて過剰に存在します。イオン源に入る電子は、試薬ガスを優先的にイオン化します。その結果、他の試薬ガス分子との衝突により、イオン化プラズマが生成されます。分析対象の正イオンと負イオンは、このプラズマとの反応によって形成されます。たとえば、プロトン化は次のように発生します。

${\displaystyle {\ce {CH4 + e^- -> CH4+ + 2e^-}}}$（一次イオン形成）、

${\displaystyle {\ce {CH4 + CH4+ -> CH5+ + CH3}}}$（試薬イオン形成）、

${\displaystyle {\ce {M + CH5+ -> CH4 + [M + H]+}}}$ （生成イオンの形成、例えばプロトン化）。

電荷交換イオン化（電荷移動イオン化とも呼ばれる）は、イオンと原子または分子との間の気相反応であり、イオンの電荷が中性種に移動する。^[8]

${\displaystyle {\ce {A+ + B -> A + B+}}}$

化学イオン化とは、気相の原子または分子と励起状態の原子または分子との反応によってイオンが形成されることである。^{[9] [10]}化学イオン化は次のように表される。

${\displaystyle {\ce {G^{\ast }{}+M->G{}+M^{+\bullet }{}+e^{-}}}}$

ここで、G は励起状態の種（上付きのアスタリスクで示される）、M は電子を失ってイオン化されラジカル カチオンを形成する種（上付きの「プラスドット」で示される）です。

結合イオン化は、2つの原子または分子が相互作用して単一の生成イオンを形成する気相反応である。^{[11] [12] [13]相互作用する種の1つまたは両方が過剰な}内部エネルギーを持つ可能性がある。

例えば、

${\displaystyle {\ce {A^{\ast }{}+B->AB^{+\bullet }{}+e^{-}}}}$

ここで、過剰な内部エネルギーを持つ種 A (アスタリスクで示される) は B と相互作用してイオン AB ^{+ を}形成します。

ペニングイオン化は、中性原子または分子間の反応を伴う化学イオン化の一種である。^{[14] [15]}このプロセスは、 1927年に最初に報告したオランダの物理学者フランス・ミシェル・ペニングにちなんで名付けられた。[ ^16]ペニングイオン化は、気相励起状態原子または分子G ^{*と標的分子Mとの反応を伴い、ラジカル分子カチオンM +}、電子e ^- 、および中性ガス分子Gの形成をもたらす。^[17]

${\displaystyle {\ce {G^{\ast }{}+M->G{}+M^{+\bullet }{}+e^{-}}}}$

ペニングイオン化は、ターゲット分子のイオン化ポテンシャルが励起状態の原子または分子の内部エネルギーよりも低い場合に発生します。

連想的ペニングイオン化は、

${\displaystyle {\ce {G^{\ast }{}+M->MG^{+\bullet }{}+e^{-}}}}$

表面ペニングイオン化（オージェ脱励起とも呼ばれる）は、励起状態のガスとバルク表面Sとの相互作用を指し、その結果、

${\displaystyle {\ce {G^{\ast }{}+S->G{}+S{}+e^{-}}}}$。

イオン付着イオン化は、反応衝突で陽イオンが分析対象分子に付着する 化学イオン化に似ています。

${\displaystyle {\ce {M + X+ + A -> MX+ + A}}}$

ここでMは分析対象分子、X ⁺は陽イオン、Aは反応しない衝突相手である。^[18]

^{放射性イオン源では、例えば63} Niや²⁴¹ Amなどの放射性物質の小片がガスをイオン化するために使用されます。^{[要出典]これはイオン}化煙検知器やイオン移動度分光計で使用されます。

これらのイオン源はプラズマ源または放電を使用してイオンを生成します。

イオンは誘導結合プラズマ内で生成されます。誘導結合プラズマとは、電磁誘導、つまり時間とともに変化する磁場によって生成される電流によってエネルギーが供給されるプラズマ源です。^[19]

マイクロ波誘導プラズマイオン源は、無電極ガス放電を励起して微量元素質量分析用のイオンを生成することができる。^{[20] [21]マイクロ波プラズマは、} GHz範囲の高周波電磁放射を有する。これは無電極ガス放電を励起することができる。表面波持続モードで適用した場合、高プラズマ密度の大面積プラズマを生成するのに特に適している。表面波モードと共振器モードの両方である場合、高度な空間局在化を示すことができる。これにより、プラズマ生成の場所を表面処理の場所から空間的に分離することができる。このような分離は（適切なガスフロー方式とともに）、処理された基板から放出された粒子がガス相のプラズマ化学に及ぼす可能性のある悪影響を軽減するのに役立つ可能性がある。

ECR イオン源は、電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマをイオン化します。マイクロ波は、電子サイクロトロン共鳴に対応する周波数で、体積内に注入されます。電子サイクロトロン共鳴は、体積内の領域に適用される磁場によって定義されます。体積には低圧ガスが含まれています。

イオンは電気グロー放電で生成されます。グロー放電は、低圧ガスに電流を流すことで形成されるプラズマです。これは、ガスを含んだ真空チャンバー内の 2 つの金属電極間に電圧を印加することで生成されます。電圧が点火電圧と呼ばれる特定の値を超えると、ガスはプラズマを形成します。

デュオプラズマトロンは、熱陰極または冷陰極から構成されるグロー放電イオン源の一種で、ガスをイオン化するために使用されるプラズマを生成します。^{[1] [22]}正イオンまたは負イオンを生成できます。^[23]二次イオン質量分析、イオンビームエッチング、高エネルギー物理学に使用されます。^{[24] [25] [26]}

流動プラズマ残光では、不活性ガス（通常はヘリウムまたはアルゴン）の流れの中でイオンが形成されます。^{[27] [28] [29]}下流で試薬を追加してイオン生成物を生成し、反応速度を調べます。流動残光質量分析法は、有機化合物の微量ガス分析に使用されます。^{[30] [31]}

電気スパークイオン化は固体サンプルから気相イオンを生成するために使用されます。質量分析計と組み合わされた場合、完全な装置はスパークイオン化質量分析計またはスパークソース質量分析計（SSMS）と呼ばれます。^[32]

クローズドドリフトイオン源は、ガスをイオン化するために電子を閉じ込めるために、環状空洞内の放射状磁場を使用します。イオン注入や宇宙推進（ホール効果スラスタ）に使用されます。

光イオン化とは、光子と原子または分子の相互作用によってイオンが形成されるイオン化プロセスである。^[33]

多光子イオン化 (MPI) では、イオン化閾値以下のエネルギーを持つ複数の光子が実際にエネルギーを結合して原子をイオン化します。

共鳴増強多光子イオン化(REMPI) は、1 つ以上の光子がイオン化される原子または分子内で 共鳴する束縛結合遷移にアクセスする MPI の一種です。

大気圧光イオン化(APPI) では、通常は真空 UV (VUV) ランプなどの光子源を使用して、単一光子イオン化プロセスで分析対象物をイオン化します。他の大気圧イオン源と同様に、溶媒のスプレーは比較的高温 (400 度以上) に加熱され、脱溶媒のために高流量の窒素がスプレーされます。結果として生じるエアロゾルは、イオンを生成するために UV 放射にさらされます。大気圧レーザーイオン化では、MPI を介して UV レーザー光源を使用して分析対象物をイオン化します。

電界脱離とは、カミソリの刃のような鋭い表面を持つエミッター、またはより一般的には小さな「ウィスカー」が形成されたフィラメントに高電位電界を印加するイオン源を指します。^[34] これにより、非常に高い電界が発生し、分析物のガス分子がイオン化される可能性があります。FIによって生成される質量スペクトルには、フラグメンテーションがほとんどまたはまったくありません。それらは分子ラジカルカチオンM ⁺によって支配され、まれにプロトン化分子[M + H] ⁺

原子による粒子衝撃は高速原子衝撃（FAB）と呼ばれ、原子または分子イオンによる衝撃は二次イオン質量分析（SIMS）と呼ばれます。^{[35]核分裂片イオン化は、適切な}核種の核分裂の結果として形成されたイオン性または中性原子、例えばカリホルニウム同位体²⁵² Cfを 使用します。

FABでは、分析対象物はマトリックスと呼ばれる不揮発性の化学保護環境と混合され、真空下で高エネルギー（4000～10,000電子ボルト）の原子ビームで衝撃を受ける。^{[36]原子は通常、}アルゴンやキセノンなどの不活性ガスから得られる。一般的なマトリックスには、グリセロール、チオグリセロール、3-ニトロベンジルアルコール（3-NBA）、18-クラウン-6エーテル、2-ニトロフェニルオクチルエーテル、スルホラン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどがある。この技術は、二次イオン質量分析法やプラズマ脱離質量分析法に似ている。

二次イオン質量分析法 (SIMS) は、試料の表面を集束した一次イオンビームでスパッタリングし、放出された二次イオンを収集して分析することで、固体表面と薄膜の組成を分析するために使用されます。これらの二次イオンの質量/電荷比を質量分析計で測定し、表面の 1 ～ 2 nm の深さまでの元素、同位体、または分子組成を決定します。

液体金属イオン源(LMIS)では、金属 (通常はガリウム) が加熱されて液体状態になり、毛細管または針の先端に供給されます。次に、強い電界を印加するとテイラー コーンが形成されます。コーンの先端が鋭くなるにつれて電界が強くなり、電界蒸発によってイオンが生成されます。これらのイオン源は、特にイオン注入や集束イオン ビーム装置で使用されます。

プラズマ脱離イオン化質量分析法（PDMS）は、核分裂フラグメントイオン化とも呼ばれ、適切な核種（典型的にはカリホルニウム同位体²⁵² Cf）の核分裂の結果として形成されたイオン性または中性原子を固体サンプルに衝突させることによって固体サンプル中の物質のイオン化を達成する質量分析技術です。 ^{[37] [38]}

マトリックス支援レーザー脱離イオン化 (MALDI) は、ソフトイオン化技術です。サンプルはマトリックス材料と混合されます。レーザーパルスを受け取ると、マトリックスはレーザーエネルギーを吸収し、このイベントによって主にマトリックスが脱離してイオン化 (陽子の追加による) されると考えられます。分析対象分子も脱離します。その後、マトリックスは陽子を分析対象分子 (例: タンパク質分子) に移動し、分析対象を帯電させると考えられます。

表面支援レーザー脱離イオン化（SALDI）は、質量分析法による生体分子の分析に使用されるソフトレーザー脱離技術である。^{[39] [40]}最初の実施形態では、グラファイトマトリックスが使用された。^[39]現在、ナノ材料などの他の無機マトリックスを使用するレーザー脱離イオン化法は、SALDIの変種と見なされることが多い。従来のSALDIとDARTイオン源を組み込んだアンビエント質量分析法を組み合わせた「アンビエントSALDI」と呼ばれる関連方法も実証されている。^[41]

表面増強レーザー脱離イオン化（SELDI）はMALDIの変種であり、分析対象化合物との生化学的親和性を 達成するように改変された標的を使用するタンパク質 混合物の分析に使用される。 ^[42]

シリコン上の脱離イオン化（DIOS）とは、多孔質シリコン表面に堆積したサンプルのレーザー脱離/イオン化を指します。^[43]

レーザー蒸発クラスター源は、レーザー脱離イオン化と超音速膨張の組み合わせを使用してイオンを生成します。^[44]スモーリー源（またはスモーリークラスター源）^{[45]は、1980年代に}ライス大学のリチャード・スモーリーによって開発され、 1985年のフラーレンの発見の中心となりました。^{[46] [47]}

飛行時間分析によるエアロゾル質量分析では、大気から抽出されたマイクロメートルサイズの固体エアロゾル粒子が、飛行時間イオン抽出装置の中心を通過する際に、正確にタイミングを合わせたレーザーパルスによって同時に脱着およびイオン化されます。^{[48] [49]}

スプレーイオン化法では、液体溶液からエアロゾル粒子を形成し、溶媒の蒸発後に裸のイオンを形成する。^[50]

溶媒支援イオン化（SAI）は、分析対象物を含む溶液を大気圧イオン化質量分析計の加熱された入口チューブに導入することで、荷電液滴を生成する方法です。エレクトロスプレーイオン化（ESI）と同様に、荷電液滴の脱溶媒和によって多価の分析対象物イオンが生成されます。揮発性および不揮発性化合物はSAIによって分析され、ESIに匹敵する感度を達成するために高電圧は必要ありません。^[51]溶融シリカチューブに接続されたゼロデッドボリュームフィッティングを介して熱い入口に入る溶液に電圧を印加すると、ESIのような質量スペクトルが生成されますが、感度は高くなります。^[52]質量分析計への入口チューブがイオン源になります。

マトリックス支援イオン化 (MAI) は、サンプル調製の点では MALDI に似ていますが、マトリックス化合物に含まれる分析対象分子を気相イオンに変換するためにレーザーは必要ありません。MAI では、分析対象イオンはエレクトロスプレーイオン化に似た電荷状態を持ちますが、溶媒ではなく固体マトリックスから得られます。電圧やレーザーは必要ありませんが、レーザーを使用してイメージングの空間分解能を得ることができます。マトリックス分析対象サンプルは質量分析計の真空中でイオン化され、大気圧入口から真空中に挿入できます。2,5-ジヒドロキシ安息香酸などの揮発性の低いマトリックスでは、MAI で分析対象イオンを生成するために高温の入口チューブが必要ですが、3-ニトロベンゾニトリルなどの揮発性の高いマトリックスでは、熱、電圧、レーザーは必要ありません。マトリックス分析対象サンプルを大気圧イオン化質量分析計の入口開口部に導入するだけで、豊富なイオンが生成されます。この方法では、少なくともウシ血清アルブミン[66 kDa]と同じ大きさの化合物をイオン化することができます。^[53]この方法では、質量分析計への入口をイオン源と見なすことができます。

大気圧化学イオン化では、大気圧下で溶媒噴霧を使用する。^[54]溶媒噴霧は比較的高温（400 度以上）に加熱され、高流量の窒素が噴霧され、エアロゾル雲全体がコロナ放電にさらされ、蒸発した溶媒が化学イオン化試薬ガスとして作用してイオンを生成する。APCI は ESI ほど「ソフト」（フラグメンテーションが低い）なイオン化技術ではない。^[55]大気圧イオン化（API）は APCI の同義語として使用すべきではないことに注意。^[56]

サーモスプレーイオン化は質量分析における大気圧イオン化の一種である。イオンを液相から気相へ移動させて分析する。特に液体クロマトグラフィー質量分析に有用である。^[57]

エレクトロスプレーイオン化では、液体が非常に小さく、帯電しており通常は金属製の毛細管に押し込まれます。^[58]この液体には、研究対象となる物質である分析対象物が大量の溶媒に溶解しており、通常、この溶媒は分析対象物よりもはるかに揮発性があります。揮発性の酸、塩基、または緩衝液も、この溶液に加えられることがよくあります。分析対象物は、陰イオンまたは陽イオンの形で溶液中に存在します。同種の電荷は反発するため、液体は毛細管から押し出され、直径約10μmの小さな液滴の霧であるエアロゾルを形成します。エアロゾルは、テイラーコーンの形成とこのコーンの先端からのジェットの形成を含むプロセスによって少なくとも部分的に生成されます。液体の霧化を助け、液滴内の中性溶媒を蒸発させるために、窒素などの非荷電キャリアガスが使用されることがあります。溶媒が蒸発すると、分析対象分子は互いに接近して反発し、液滴を分解します。このプロセスは、荷電分子間のクーロン反発力によって駆動されるため、クーロン分裂と呼ばれます。このプロセスは、分析対象が溶媒から解放されて裸のイオンになるまで繰り返されます。観察されるイオンは、陽子（水素イオン）の追加によって生成され、[M + H] ^{+ と}表記されるか、ナトリウムイオンなどの別の陽イオンの追加によって生成され、 [M + Na] ^{+ と}表記されるか、陽子の除去によって生成され、[M − H] ^{− と}表記されます。 [M + 2H] ²⁺などの多価イオンがよく観察されます。高分子の場合、さまざまな周波数で発生する多くの電荷状態が存在する可能性があり、たとえば電荷は[M + 25H] ²⁵⁺ほど大きくなることがあります。 ^[要出典]

プローブエレクトロスプレーイオン化（PESI）はエレクトロスプレーの改良版であり、サンプル溶液を移送するための毛細管が、周期的に動く先端が鋭い固体針に置き換えられている。^[59]

非接触型大気圧イオン化は、質量分析による液体および固体サンプルの分析に使用される技術です。^[60]非接触型APIは、追加の電源（ソースエミッターへの電圧供給）、ガス供給、またはシリンジポンプなしで操作できます。したがって、この技術は、大気圧での質量分析によって化合物を分析するための容易な手段を提供します。

ソニックスプレーイオン化は、メタノールと水の混合物などの液体溶液からイオンを生成する方法です。[ ^61]空気圧ネブライザーを使用して、溶液を 小さな液滴の超音速スプレーに変えます。溶媒が蒸発するとイオンが形成され、液滴上の統計的に不均衡な電荷分布が正味電荷につながり、完全な脱溶媒によってイオンが形成されます。ソニックスプレーイオン化は、小さな有機分子や薬物の分析に使用され、毛細管に電界を印加して電荷密度を高め、タンパク質の複数の荷電イオンを生成すると、大きな分子を分析できます。^[62]

ソニックスプレーイオン化は、薬物分析のために高性能液体クロマトグラフィーと組み合わせて使用​​されています。 ^{[63] [64]}オリゴヌクレオチドはこの方法で研究されています。^{[65] [66] SSIは、脱離エレクトロスプレーイオン化[67]}と同様の方法で周囲イオン化に使用されており、この方法で薄層クロマトグラフィーと組み合わせて使用​​されています。 ^[68]

超音波支援スプレーイオン化（UASI）は上記の技術に似ていますが、超音波トランスデューサーを使用して材料の霧化とイオンの生成を実現します。^{[69] [70]}

熱イオン化（表面イオン化、接触イオン化とも呼ばれる）は、蒸発した中性原子を高温の表面に噴霧し、そこから原子がイオンの形で再蒸発させるものである。陽イオンを生成するには、原子種のイオン化エネルギーが低く、表面の仕事関数が高い必要がある。この技術は、イオン化エネルギーが低く、蒸発しやすいアルカリ原子（Li、Na、K、Rb、Cs）に最も適している。^[71]

負イオンを生成するには、原子種は高い電子親和力を持ち、表面の仕事関数は低くなければなりません。この2番目のアプローチは、ハロゲン原子Cl、Br、I、Atに最も適しています。^[72]

アンビエントイオン化では、サンプルの準備や分離を行わずに質量分析計の外でイオンが形成される。^{[73] [74] [75]}イオンは、帯電したエレクトロスプレー液滴への抽出によって形成されるか、化学イオン化によって熱脱着およびイオン化されるか、質量分析計に入る前にレーザー脱着またはアブレーションされて後イオン化される。

固液抽出に基づくアンビエントイオン化では、荷電スプレーを使用してサンプル表面に液体膜を作成します。^{[74] [76]}表面の分子が溶媒に抽出されます。表面に当たる一次液滴の作用により、質量分析計のイオン源となる二次液滴が生成されます。脱離エレクトロスプレーイオン化 (DESI) では、数ミリメートルから数センチメートル離れた固体サンプルに向けられる荷電液滴が生成されます。荷電液滴は表面との相互作用を通じてサンプルを拾い上げ、質量分析計にサンプリングできる高荷電イオンを形成します。^[77]

プラズマベースの周囲イオン化は、準安定原子と分子および反応性イオンを生成する流動ガス中の電気放電に基づいています。サンプルからの揮発性種の脱着を助けるために、熱がよく使用されます。イオンは、ガス相での化学イオン化によって形成されます。リアルタイム直接分析 (DART)ソースは、サンプルを乾燥ガス流 (通常はヘリウムまたは窒素) にさらすことによって動作します。乾燥ガス流には、電子的または振動的に励起された長寿命の中性原子または分子 (または「準安定」 ) が含まれています。 励起状態は通常、ガスが流れるチャンバー内でグロー放電を生成することによって DART ソースで形成されます。大気固体分析プローブ (ASAP) と呼ばれる同様の方法では、ESI または APCI プローブからの加熱されたガスを使用して、ESI/APCI ソースに挿入された融点チューブ上に置かれたサンプルを気化します。^[78] イオン化は APCI によって行われます。

レーザーベースのアンビエントイオン化は、パルスレーザーを使用してサンプルから物質を脱着またはアブレーションし、物質のプルームがエレクトロスプレーまたはプラズマと相互作用してイオンを生成する2段階のプロセスです。エレクトロスプレー支援レーザー脱離/イオン化（ELDI）は、337 nmのUVレーザー^[79]または3μmの赤外線レーザー^[80]を使用して、物質をエレクトロスプレー源に脱着します。マトリックス支援レーザー脱離エレクトロスプレーイオン化（MALDESI）^[81]は、多価イオンを生成するための大気圧イオン化源です。紫外線または赤外線レーザーを、対象の分析物とマトリックスを含む固体または液体サンプルに照射して、中性分析物分子を脱着させます。この分子は、エレクトロスプレーされた溶媒液滴との相互作用によってイオン化され、多価イオンを生成します。レーザーアブレーションエレクトロスプレーイオン化(LAESI) は、中赤外線 (mid-IR) レーザーからのレーザーアブレーションと二次エレクトロスプレーイオン化(ESI) プロセスを組み合わせた質量分析用の周囲イオン化法です。

質量分析計では、サンプルがイオン源でイオン化され、生成されたイオンが質量電荷比によって分離されます。イオンが検出され、結果は質量電荷比の関数として検出されたイオンの相対的な存在量のスペクトルとして表示されます。サンプル内の原子または分子は、既知の質量と識別された質量を相関させることによって、または特徴的なフラグメンテーション パターンによって識別できます。

粒子加速器では、イオン源が機械の最初に粒子ビームを生成します。粒子加速器用のイオン源を作成する技術は、生成する必要がある粒子の種類（電子、陽子、H ⁻イオン、または重イオン）に大きく依存します。

電子は電子銃によって生成されますが、電子銃にはさまざまな種類があります。

陽子は、デュオプラズマトロンやマグネトロンなどのプラズマベースの装置によって生成されます。

H ⁻イオンはマグネトロンまたはペニング源で生成されます。マグネトロンは、中央の円筒形の陰極とそれを取り囲む陽極で構成されています。放電電圧は通常 150 V を超え、電流ドレインは約 40 A です。約 0.2テスラの磁場が陰極軸と平行です。水素ガスはパルスガスバルブによって導入されます。 セシウムは陰極の仕事関数を下げ、生成されるイオンの量を増やすためによく使用されます。大型のセシウム源は、核融合装置の プラズマ加熱にも使用されます。

ペニングソースの場合 、シースの電界と平行な強力な磁場が、サイクロトロンスパイラル上の電子とイオンをカソードからカソードへと誘導します。高速の H マイナスイオンは、マグネトロンと同様にカソードで生成されます。これらのイオンは、プラズマ開口部に移動する際に電荷交換反応によって減速されます。これにより、マグネトロンから得られるイオンよりも低温のイオンビームが生成されます。

重イオンは、電子サイクロトロン共鳴イオン源で生成できます。高電荷イオンの強力なビームを生成するための電子サイクロトロン共鳴 (ECR) イオン源の使用は、過去 10 年間で大幅に増加しました。ECR イオン源は、原子核物理学および素粒子物理学において、線形加速器、ヴァンデグラフ発生器、またはサイクロトロンへのインジェクターとして使用されます。原子物理学および表面物理学では、ECR イオン源は衝突実験または表面の調査のために高電荷イオンの強力なビームを供給します。ただし、最も高い電荷状態を得るには、電子ビームイオン源(EBIS) が必要です。これらは、中重元素の裸のイオンも生成できます。同じ原理に基づく電子ビームイオントラップ(EBIT) は、裸のウランイオンまで生成でき、イオン源としても使用できます。

重イオンはイオン銃 でも生成できます。イオン銃は通常、電子の熱電子放出を利用して気体状態の物質をイオン化します。このような機器は、通常、表面分析に使用されます。

ガスはイオン源を通って陽極と陰極の間を流れ、陽極に正電圧が加えられる。この電圧と内部陰極と外部陰極の先端間の高磁場が組み合わさってプラズマが発生する。プラズマからのイオンは陽極の電界によって反発される。これによりイオンビームが生成される。^[83]

• 大面積堆積のための表面洗浄と前処理
• 薄膜堆積
• 厚いダイヤモンド状炭素（DLC）膜の堆積
• 接着性や生体適合性の向上を目的としたポリマーの表面粗化^[84]

• イオンビーム
• RFアンテナイオン源
• オンライン同位体質量分離装置