JPH0218900A - イオンダンプ - Google Patents

イオンダンプ

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JPH0218900A
JPH0218900A JP63166751A JP16675188A JPH0218900A JP H0218900 A JPH0218900 A JP H0218900A JP 63166751 A JP63166751 A JP 63166751A JP 16675188 A JP16675188 A JP 16675188A JP H0218900 A JPH0218900 A JP H0218900A
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JP
Japan
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ion
thin film
dump
target plate
vacuum
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JP63166751A
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English (en)
Inventor
Michio Otsuka
大塚 道夫
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核融合用中性粒子入射装置に係り、特に、その
イオンダンプでの核融合反応により発生する中性子量を
低減するのに好適なイオンダンプに関する。
〔従来の技術〕
核融合用中性粒子入射装置(以下NBI装置)で中性粒
子として重水素(D)を使用する場合には、NBI装置
内でD−D核融合反応により中性子が発生する。この現
象に関しては、ニュークリアテクノロジー44巻(19
79年)第315頁から第321頁(Nuclear 
Technology Vol、44(1979) P
 P 315〜321において論じられており、NBI
装置の中では、中性化しなかったイオンを除去するイオ
ンダンプ部で、他の部分より約−桁多い中性子が発生す
るとしている。第2図にNBI装置の概念図を示す。イ
オン源1で高エネルギに加速された重水素イオン(D+
あるいはD″″)は、重水素ガスを10″”〜10−3
T o r rの真空度になるように詰めた中性化セル
2を通過して中性の重水素(DO)になる。しかし、一
部のイオンは中性化されずにそのままドリフト管3の中
を進む。核融合装置は、一般に、強い磁場を発生するた
め、中性化されなかったイオンは核融合真空容器゛6の
中で発生しているプラズマ7中に入射する前に、磁場に
より曲げられ、ドリフト管内壁に衝突し、ドリフト管に
損傷を与える。このため、NBI装置では、第2図に示
すように、イオンダンプ8の所で局所的に磁場を印加し
、中性化しなかったイオンを曲げてイオンターゲット板
5に衝突させ、除去するようにしている。普通の水素(
H)を使用している場合には問題ないが、核融合炉は言
うまでもなく、実験装置でも重水素を使用することが多
い。この時、イオンターゲット板上や抜内に存在する重
水素と、入射する高エネルギの重水素イオンとの間でD
−D核融合反応が生じ、結果として中性子が発生する。
D+DnHe’ (0,82MeV) + n (2,
45MeV)D+D−+T (1,OIMeV) +p
 (3,03MeV)発生した中性子は周辺機器を放射
化し、機器に損傷を与えたり、放射線発生源となる。こ
のため、イオンダンプ周辺は十分な放射線遮断が必要に
なるだけでなく、周辺機器の定期的交換等が必要となる
。実験装置の場合は、中性粒子のエネルギも数十KeV
程度と、それほど高くなく、プラズマにも核融合反応断
面積の大きいトリチウム(以下T、三重水素)を使用し
ないため、中性子発生量もそれほど多くない。しかし、
核融合炉では中性粒子のエネルギが数百KeVと高く、
プラズマにトリチウムを使用するため、イオンターゲッ
ト板での中性子発生量は桁違いに多くなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記した従来のNBI装置では、イオンダンプ周辺の遮
蔽と周辺機器の定期的交換により、イオンターゲット板
での中性子発生に対応しようとしている。しかし、この
方法では建設費が高くなり、運転保守費も高くなり、核
融合炉の経済性を向上させる上で問題があった。
本発明の目的はイオンダンプでの中性子発生量を低減さ
せることにより、遮蔽体を簡素にし、周辺機器の定期的
交換の頻度を少なくして、核融合炉の経済性を向上させ
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、イオンターゲット板を真空容器の中に設置
し、真空容器の壁面のうち、イオンが入射する面に薄膜
を取り付け、この真空容器を真空排気することで達成さ
れる。
〔作用〕
第2図に示したイオンダンプでイオンターゲット板上に
吸着しているDやTは、中性化セルとプラズマから流入
してくる。また、イオンターゲット板内には、入射する
イオンが板内にたたきこまれ、中性化したDが存在する
。すなわち、イオンターゲット板で入射イオンと核融合
反応を生じるDやTの起源は三つで、中性化セルから流
入するD、プラズマから流入するDとT、および板内に
たたきこまれて中性化した入射イオンそのものである。
これらの相対的な量は現在明確でなし1が、おおよそ流
入する分とたたきこまれる分とが半々と推定される。従
って、イオンターゲット板上への吸着粒子、即ち、中性
化セルやプラズマから流入するDやTがイオンターゲッ
ト板上に吸着しないようにすればよい。イオンターゲッ
ト板を設置した真空容器内は真空排気され、かつ、ドリ
フト管に対しては密閉構造となっているため、中性化セ
ルやプラズマから流入してくるDやTはイオンターゲッ
ト板には到達しない。また、イオンターゲット板にたた
きこまれたDが、再び、板内力1ら外に流出した粒子は
真空排気されるため、板上での吸着量は小さい。イオン
入射面の薄膜は、十分薄ければ高エネルギのD+を透過
させるので、D+のイオンターゲットへの入射を妨げな
い。また、透過時には、D+は若干のエネルギを薄膜に
与えて失なうため、このエネルギで薄膜は高温に加熱さ
れる。このため、薄膜の上への中性化セルやプラズマか
ら流入してくるDやTの吸着量は無視できる程小さくな
る。この結果、薄膜での核融合反応量は無視できる程小
さくなる。結果として、イオンダンプ全体での核融合反
応は、イオンターゲットにたたきこまれたD+と入射イ
オンとの間のD−D核融合反応だけになる。プラズマか
ら流入するTとの間の、D−D反応に比べて一桁以上断
面積の大きいD−T核融合反応が生じないので、イオン
ターゲット板での粒子の存在量は半分になるだけでも、
核融合反応、従って、中性子発生量は一桁近く低減する
と考えられる。また、D−T反応では14 M e V
のエネルギを持った中性子が発生するが、D−D反応で
は、前述のように、2.45MeVとエネルギが小さい
ため1周辺機器の放射化も小さく、中性子の遮蔽も簡単
になる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、イオンターゲット板5をイオンダンプ真空
容器10の中に設置する。イオン入射面には薄膜9を設
置し、イオンダンプ真空容器は真空排気ボー1〜11を
通して真空排気される。
中性化セルで中性化しなかったイオンは磁場で曲げられ
、薄膜9を透過してイオンターゲット板5に入射し、そ
こでエネルギを失なう。このようにすれば、イオンダン
プ真空容器10内にはドリフ1〜管3からDやTが流入
してこないため、イオンターゲット板5上のDやTの吸
着量を無視できるほど小さくすることができる。また、
薄膜はイオン透過時のエネルギ損失により加熱され高温
になるため、薄膜上のDやTの吸着量も無視できる程小
さく、薄膜での核融合反応は無視できる。この結果、イ
オンダンプ部での核融合反応は、イオンターゲット板内
にたたきこまれ、た入射イオンと入射イオン自体との間
の反応断面積の小さいD−D核融合反応だけになり、比
較的低エネルギの中性子が発生するだけとなり、その発
生量も従来の一桁近く小さい値にすることができる。
本発明の他の実施例として、薄膜材料にタングステン、
タンタル、モリブデン、レニウムなどの高融点金属薄膜
を使うものがあげられる。高融点金属薄膜の厚さは数千
人程度で十分であり、いづれも融点が20oO℃以上あ
るため、入射イオンにより加熱されても融ける可能性が
小さく1、かつ。
丈夫であるため、その寿命が長い。また、他の実施例と
して、薄膜にカーボン薄膜を使うものが一ヒげられる。
カーボンは原子番号が小さいため、入射イオンとの相互
作用が小さく、厚みが1μm程度でも入射イオンを透過
させ得る。また、融点は3500℃以上あり、高融点金
属より高い。一方、金属に比べて強度が小さいため、そ
の支持法に工夫が必要である。カーボン薄膜はタンデム
バンプ加速器で荷電交換膜として利用されており、高エ
ネルギイオンを透過させる点で実績がある。
第3図に本発明の他の実施例を示す。第3図は第1図に
示した実施例の中でイオンダンプ真空容器のみを示した
ものである。本実施例では、イオンターゲット板5が、
イオンダンプ真空容器5の壁の一部を構成している。こ
のようにすれば、イオンダンプ真空容器の構造を簡単に
することが出来る。また、通常銅で作られているイオン
ターゲット板の温度が高くなりすぎないように冷却する
場合にも、第3図に示したように、冷却パイプ12の設
置が容易であるという利点もある。
第4図に本発明の他の実施例を示す。第4図にはイオン
ダンプ真空容器1oのみを示しているが、他は第1図の
実施例と同じである。第4図では、薄膜9はセラミック
の絶縁物14を介して、イオンダンプ真空容器10に取
り付けられており、電気的に絶縁されている。その両端
は電′g13に接続されており、薄膜に、直接、通電し
て加熱することができる。このようにすると、薄膜の温
度上昇が不十分な時、通電加熱することにより薄膜の温
度を高に保持して、薄膜にDやTが吸着しないようにす
ることができる。
第5図に本発明の他の実施例を示す0本実施例ではイオ
ンターゲット板5にヒータ15を取り付け、イオンター
ゲット板を高温に加熱できるようにしている。高温に加
熱することによりイオンターゲット板内にたたきこまれ
たDの板外への拡散。
脱離を促進させることができるので、イオンターゲット
板内のDの密度を減少させ、結果として核融合反応によ
る中性子発生量を低減させることができる。
第6図に本発明の他の実施例を示す。第6図で薄膜9は
タングステン、タンタル等の高融点金属のメツシュに取
り付けられている。炉規模のNBI装置ではイオンビー
ムの断面の大きさが数十口φ程度になる。この程度の大
きさになると薄膜だけでの支持は不可能である。このた
め、高融点金属のメ′ツシュに薄膜を取りけ付、イオン
ダンプ真空容器に取り付けることにより、信頼性が向上
し、薄膜の寿命も長くなる。
第7図に本発明の他の実施例を示す。第7図において、
未使用の薄膜の保管箱20と、既使用の薄膜の保管箱1
9がイオンダンプ真空容器10に隣接して設置されてい
る。各々の中にはgt膜とその支持体がバネ17で支え
られている。薄膜を使用して一定の時間が経過した後、
直線導入機18により、未使用の薄膜が、イオンダンプ
真空容器10の方に押し進められる。同時に、イオンダ
ンプ真空容器に設置されていた薄膜9は、既使用薄膜保
管箱19の方に押し出され、新品と交換される。このよ
うにすれば、ドリフト管を真空に排気したままで、薄膜
を交換できるので、NBI装誼を効率よく運転できる。
また、定期的に薄膜を交換することにより、薄膜の破損
により、DやTが大量にイオンダンプ真空容器内に流入
し、核融合反応を生じ中性子を発生させる事故を防ぐこ
とができる。
第8図に本発明の他の実施例を示す、電極21は薄膜9
とイオンターゲット板5の間に、イオンターゲット板5
と平行になるように設置される。
電極21には電圧導入端子22を通して高電圧電源24
と分圧抵抗23により、入射イオンを減速するような適
当な電圧が印加される。このようにすると、薄膜9を通
してイオンダンプ真空容器10の中に入射したイオンは
電極21に印加された減速電圧で減速される。イオンの
エネルギが低下すれば、核融合反応断面積は急速に低下
するので、イオンを完全に減速しなくても、中性子発生
量を大巾に低減できる。イオンを減速する考え方は従来
からあったが、従来は真空度の悪いドリフト管の中に電
極を設置しているため、中性粒子のエネルギが高くなれ
ばなるほど、電極や電圧導入端子での放電破壊が生じ、
安定に電圧を印加することが難しかった。
本実施例によれば、独立に真空排気され、ドリフト管に
比べれば、数桁良い真空度に保たれているイオンダンプ
真空容器10の中に電極が設置されているので、放電破
壊も生じにくく、安定に電圧を印加することができる。
また、イオンダンプ部周辺の放射線遮蔽体を小さくでき
るので、装置建設費も低減することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、NBI装置のイオンダンプ部での核融
合反応で生じる中性子発生量を一桁近く、あるいは、そ
れ以上低減することができ、機器の交換頻度を少なくで
き、運転・保守費を低減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の説明図、第2図はNBI装
置の概要を示す説明図、第3図から第8図は本発明の他
の実施例の説明図である。 3・・・ドリフト管、5・・・イオンターゲット板、9
・・・薄膜、10・・・イオンダンプ真空容器、11・
・・真空排気ポート。 第2図 第 図 第7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、核融合用中性粒子の入射装置のイオンダンプにおい
    て、 イオンエネルギを吸収するイオンターゲット板を真空容
    器内に設置し、前記真空容器の少なくとも一面であるイ
    オン入射面を薄膜で構成し、前記真空容器を真空排気で
    きるようにしたことを特徴とするイオンダンプ。 2、特許請求の範囲第1項において、 前記イオンターゲット板が前記真空容器の壁の一部を構
    成することを特徴とするイオンダンプ。 3、特許請求の範囲第1項において、 前記イオン入射面の前記薄膜がカーボンであることを特
    徴とするイオンダンプ。 4、特許請求の範囲第1項において、 前記イオン入射面の前記薄膜がタングステン、タンタル
    、モリブデン、レニウム等の高融点金属であることを特
    徴とするイオンダンプ。 5、特許請求の範囲第1項において、 前記イオン入射面の薄膜を加熱できるようにしたことを
    特徴とするイオンダンプ。 6、特許請求の範囲第5項において、 前記薄膜に直接通電して加熱することを特徴とするイオ
    ンダンプ。 7、特許請求の範囲第1項において、 前記薄膜をタングステン、タンタル、モリブデン等の高
    融点金属から成るメッシュに取り付けたことを特徴とす
    るイオンダンプ。 8、特許請求の範囲第1項において。 前記イオンターゲット板に加熱用ヒータを取り付けたこ
    とを特徴とするイオンダンプ。 9、特許請求の範囲第1項において、 前記薄膜とその支持材の未使用品と使用品を保管する容
    器を別々に前記真空容器外に設置し、前記中性粒子入射
    装置の真空を破らずに、真空外から前記薄膜とその支持
    材を前記真空容器のイオン入射面に着脱できる機構を設
    けたことを特徴とするイオンダンプ。 10、特許請求の範囲第1項において、 前記真空容器内に、前記イオンターゲット板と前記イオ
    ン入射面の前記薄膜とを結ぶ線上に、前記イオンターゲ
    ット板と平行に、前記真空容器から絶縁された電極を設
    置したことを特徴とするイオンダンプ。
JP63166751A 1988-07-06 1988-07-06 イオンダンプ Pending JPH0218900A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6535291B1 (en) 2000-06-07 2003-03-18 Cyberoptics Corporation Calibration methods for placement machines incorporating on-head linescan sensing
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