JPH0643274A - 中性粒子入射装置 - Google Patents

中性粒子入射装置

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JPH0643274A
JPH0643274A JP4199612A JP19961292A JPH0643274A JP H0643274 A JPH0643274 A JP H0643274A JP 4199612 A JP4199612 A JP 4199612A JP 19961292 A JP19961292 A JP 19961292A JP H0643274 A JPH0643274 A JP H0643274A
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neutralization
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neutral particle
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Yasuo Yamashita
泰郎 山下
Yoshihiro Obara
祥裕 小原
Yoshikazu Okumura
義和 奥村
Takashi Inoue
多加志 井上
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Hitachi Ltd
Japan Atomic Energy Research Institute
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 中性化セルのガス効率を向上させることにあ
る。また、中性化セルを低誘導放射化することにある。 【構成】 高周波によるプラズマ励起を行なう単位中性
化セル20を複数個集合させて、全体で1本の中性化セ
ル1を構成する。単位中性化セル20の壁部材料はアル
ミニウム合金で構成されている。また単位中性化セル2
0の壁部にボロン水を流す冷媒流路を設ける。 【効果】 中性化セル1のガス効率が大幅に向上するた
め、ビームライン全体が小型化される。また、中性化セ
ル1はアルミ合金を用いた低誘導放射化構造のため、遠
隔操作化に対する負担が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合実験装置のプラ
ズマ加熱装置として使用される大容量の中性粒子入射装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置は、特開昭61−21439
9号公報に開示される様に、負イオン源のビーム引出し
面積が小さかったために中性化セルは1本で構成されて
いる。また、プラズマ中性化セルのプラズマ発生手段に
はアーク放電を用いている。しかし、将来において採用
が予定されている中性粒子入射装置の負イオン源は従来
のものに比較し、格段に大きいビーム引出し面が必要と
され、中性化セルにおけるガス効率の向上が重要な課題
となっている。また、従来の装置は中性子の発生がな
く、誘導放射化という観点から材料について何ら考慮さ
れていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】核融合実験装置はJE
T、JT−60等大型トカマク装置で、臨界プラズマ条
件を達成し、いよいよ本格的な炉の開発段階に入りつつ
ある。この様な次期装置では、中性粒子入射装置も、従
来のビームエネルギー100keVクラスから0.5〜
1.3MeVと非常に高エネルギーとなる。従ってビー
ム効率を上げるため、負イオン源を用い、また、中性化
セルをプラズマ中性化セルにする必要がある。しかし、
負イオン源は正イオン源に比較して、引き出し電流密度
が一桁小さいため、イオン源自体が大型化し、これに伴
ない中性化セルも大口径化する必要がある。また、負イ
オン源においては大面積から一様に負イオンを引き出す
のが困難なため、正イオン源と同程度の引出し面を持つ
単位電極を複数組み込んだイオン源とする方向で開発が
進んでいる。中性化セルは断面積が大きいとガス効率が
大幅に低下するが、合計して同一の断面積であっても、
小断面積のものを複数基集合させると、大断面積1基の
ものより大幅にガス効率が向上する。
【0004】また、従来のプラズマ中性化セルは、フィ
ラメントによる熱電子放出と、これをトリガとしたアー
ク放電でプラズマを生成していたため、フィラメントの
短寿命による交換周期が短く、保守が大変である。ま
た、フィラメントが中性化セル壁面に取付けられている
ため、フィラメントにビームが当らない様にするために
は、ビーム寸法に比べ、中性化セル断面寸法を非常に大
きなものにする必要がある。また、プラズマを保守する
ための磁場発生要素の取付、冷却構造の取付に多大の工
数を要している。
【0005】更に、次期装置では、D−T反応を伴う装
置となるため、中性子に依る誘導放射化の問題があり、
一方では遠隔操作技術の開発が進められているが、機器
自体の低誘導放射化も重要な課題である。
【0006】本発明の目的は、中性化セルのガス効率を
向上させることにある。
【0007】また、中性化セルを低誘導放射化すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、イオンビー
ムを射出するイオン源と、該イオン源から射出されたイ
オンビームを中性化する中性化セルとを備えた中性粒子
入射装置において、前記中性化セルを前記イオン源の単
位電極面積に対応した断面積を有する単位中性化セルの
集合体としたことにより達成される。
【0009】上記目的は、前記単位中性化セルの配置を
前記イオン源の単位電極の配置に対応させたことにより
達成される。
【0010】上記目的は、前記単位中性化セルをプラズ
マ中性化セルとしたことにより達成される。
【0011】上記目的は、前記プラズマ中性化セルのプ
ラズマ励起に高周波プラズマ励起手段を用いたことによ
り達成される。
【0012】上記目的は、前記単位中性化セルの壁面を
外壁と内壁及び該外壁と内壁の間に複数の板材を配置し
た構成とし、該板材の間にプラズマ閉じ込め用の磁場発
生手段を配置し、該磁場発生手段に隣接する板材の間に
冷却用冷媒を流す冷媒流路を形成したことにより達成さ
れる。
【0013】上記目的は、前記単位中性化セルの壁面を
構成する材料に低誘導放射化材料のアルミニウム合金を
用いたことにより達成される。
【0014】上記目的は、前記冷却用冷媒がボロン水で
あることにより達成される。
【0015】
【作用】上記構成に依れば、中性化セルは断面積が大き
いとガス効率が大幅に低下するから断面積を小さくする
事が有効であり、イオン源の単位電極面積に対応した面
積を有する単位中性化セルをイオン源の単位電極に対応
した場所に設置して一まとめにして、全体として一つの
中性化セルを構成することによりガス効率を向上させる
ことが出来る。
【0016】中性化セルとして高周波励起のプラズマ中
性化セルとすることにより、従来のアーク放電励起に比
較し、アーク放電を起するためのフィラメントが不要と
なりプラズマ中性化セルの必要断面積が小さくなり、ガ
ス効率を向上させることが出来る。また、フィラメント
が不要となることによりこのメンテナンスも不要となり
中性粒子入射装置のメンテナンス周期を延長することが
出来る。
【0017】単位中性化セルの壁面を外壁と内壁及び該
外壁と内壁の間に複数の板材を配置したダンボール状の
壁材を用いることにより、プラズマ閉じ込め用の磁場発
生装置の固定みぞの加工が不要となり、工数が減少す
る。また、上記複数の板材で仕切られた外壁と内壁の間
に冷却用冷媒を流す冷媒流路を形成したことにより、冷
媒流路のパイプをろう付けする工程が不要となり工数低
減となる。
【0018】上記壁材にアルミ合金を用いる事により、
T−DまたはD−D反応により発生した中性子に依る誘
導放射能の発生を低減させることが出来る。
【0019】上記冷媒流路にボロン水を流すことによ
り、装置の運転中にボロンが中性子を吸収し、運転停止
時に放射能を有するボロン水を排出する事により残留す
る誘導放射能レベルを低下させることが出来る。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。
【0021】図1は本発明の実施例の全体構成を説明す
る説明図である。
【0022】本図に示すように次期核融合実験炉用の中
性粒子入射装置は負イオン源を用い、負イオン源100
は、イオン源室真空容器200に取付けられており、実
験炉本体500の近傍に設置されるビームダンプ部真空
容器300と細長い中性化セル1で連結されており、ビ
ームダンプ部真空容器300室は実験炉本体500とド
リフト部400を介して接続されている。
【0023】本実施例の中性粒子入射装置は、本図に示
す様に長尺の中性化セル1でイオン源室真空容器200
とビームダンプ部真空容器300とが接続されている点
が従来の構成と大きく異なる。このように長尺の中性化
セル1は負イオン源100のビーム発散角が小さい事か
ら可能になったが、次期核融合実験炉はD−T反応に依
る放射化が発生するため、本体近傍に大きな中性粒子入
射装置の設置を回避するという本体側の要請にも合致す
る。
【0024】図2は本発明の実施例の負イオン源の電極
部構成を説明する説明図である。
【0025】本図は中性粒子入射装置に用いられる負イ
オン源100の電極部を示す。この負イオン源100は
単位電極101を、複数個(n:必要なビーム電流/単
位電極から引出し可能なビーム電流で算出)1枚の電極
支持102の上に組入んで、これを必要段数重ねる事に
より構成している。
【0026】図3は本発明の実施例の中性化セルの構成
を説明する説明図である。
【0027】本図に示すように中性化セル1は、単位中
性化セル20を8個集合させて構成している。負イオン
源100の単位電極101の面積をa1とすれば、単位
中性化セル20の断面積は、ビームの発散、プラズマ閉
じ込めの領域を考えてa1より多少大きな断面積a2を
もっている。従来の様に1本の中性化セルで構成してい
た時の中性化セルの断面積をA1とすれば、電極部の無
効な面積を省略できる事から、本実施例の単位中性化セ
ル20を8個集合させた断面積8a1を従来の1本の中
性化セルの断面積A1より小さく出来る。従って、8a
1=A1であってもガス効率が向上出来るのであるか
ら、更にガス効率を向上出来る。
【0028】図4は本発明の実施例の単位中性化セルの
壁部の構成を説明する説明図である。単位中性化セル2
0の側壁21は、ダンボール構造の2重板で構成され、
そのリブ間にはプラズマ閉じ込め用磁場発生用永久磁石
22がある間隔をもって極性が交互に並ぶ様に設置され
ている。
【0029】また、このリブ間には、壁面及び冷却用冷
媒例えば、純水又はボロンを含む水が流される。側壁2
1には、プラズマ生成用の高周波導入管24が設置され
ている。プラズマ中性化セルを用いるとガス中性化セル
より20%以上中性化効率を向上させることができる。
それによりビームラインの小型化を図ることが出来る。
単位中性化セル20の壁部の2重板は、アルミニウム
合金で構成されている。アルミ合金を用いる事により、
T−Dまた、はD−D反応により発生した中性子に依る
誘導放射能を早く減少させる事が出来ると共に、遠隔操
作化に対する負担が軽減され、遠隔操作を行なうための
機器開発も容易となる。
【0030】以上説明したように、中性化セルの断面積
を、イオン源の単位電極面積に対応した値にし、これを
単位電極数に応じた数だけ集合させる事により、全体で
一断面を持った中性化セルより、面積を小さく出来、更
に小断面の集合体と出来るため、ガス効率を大幅に向上
出来る。また、これをプラズマ中性化セル化する事によ
り更に中性化効率が20%程度向上するため、クライオ
ポンプの小形化が可能となり、ビーム効率も向上するこ
とからビームライン全体が小型化される。
【0031】プラズマ中性化セルのプラズマをアーク放
電生成から高周波生成とする事により、フィラメントの
交換が不要となり、ほとんどメンテナンスフリーとな
る。更に、フィラメントが不要となることにより典形的
な例では、断面積が25%程度小さく出来る。
【0032】中性化セル構造材をダンボール構造とする
事により、加工工数が低減出来る。
【0033】材料をアルミ合金化する事により低誘導放
射化出来、メンテナンス用遠隔操作機械の耐放射線量が
低減出来、開発コストが低減出来る。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、中性化セルの断面積を
小さくする事がガス効率の向上に有効であり、イオン源
の単位電極面積に対応した面積を有する単位中性化セル
を、集合させて一つの中性化セルを構成することにより
ガス効率を向上させる効果が得られる。
【0035】高周波励起のプラズマ中性化セルとするこ
とにより、従来のアーク放電を起するためのフィラメン
トが不要となり、プラズマ中性化セルの必要断面積が小
さくなり、ガス効率を向上させることが出来る。
【0036】上記中性化セルの壁材にアルミ合金を用い
る事により、T−DまたはD−D反応により発生した中
性子に依る誘導放射能を減少させることが出来る。
【0037】上記中性化セルの壁材に設けた冷媒流路に
ボロン水を流し、運転停止時にボロン水を排出させる事
により残留する誘導放射能レベルを低下させることが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の全体構成を説明する説明図で
ある。
【図2】本発明の実施例の負イオン源の電極部構成を説
明する説明図である。
【図3】本発明の実施例の中性化セルの構成を説明する
説明図である。
【図4】本発明の実施例の単位中性化セルの壁部の構成
を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 中性化セル 20 単位中性化セル 21 中性化セル側壁(ダンボール構造) 22 永久磁石 24 高周波導入管 101 単位電極 102 電極支持 100 負イオン源 200 イオン源真空容器 300 ビームダンプ室真空容器 400 ドリフト部 500 実験炉本体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 義和 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 井上 多加志 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオンビームを射出するイオン源と、該
    イオン源から射出されたイオンビームを中性化する中性
    化セルとを備えた中性粒子入射装置において、前記中性
    化セルを前記イオン源の単位電極面積に対応した断面積
    を有する単位中性化セルの集合体としたことを特徴とす
    る中性粒子入射装置。
  2. 【請求項2】 前記単位中性化セルの配置を前記イオン
    源の単位電極の配置に対応させたこと特徴とする請求項
    1に記載の中性粒子入射装置。
  3. 【請求項3】 前記単位中性化セルをプラズマ中性化セ
    ルとしたことを特徴とする請求項1に記載の中性粒子入
    射装置。
  4. 【請求項4】 前記プラズマ中性化セルのプラズマ励起
    に高周波プラズマ励起手段を用いたことを特徴とする請
    求項3に記載の中性粒子入射装置。
  5. 【請求項5】 前記単位中性化セルの壁面を外壁と内壁
    及び該外壁と内壁の間に複数の板材を配置した構成と
    し、該板材の間にプラズマ閉じ込め用の磁場発生手段を
    配置し、該磁場発生手段に隣接する板材の間に冷却用冷
    媒を流す冷媒流路を形成したことを特徴とする請求項1
    に記載の中性粒子入射装置。
  6. 【請求項6】 前記単位中性化セルの壁面を構成する材
    料に低誘導放射化材料のアルミニウム合金を用いたこと
    を特徴とする請求項5に記載の中性粒子入射装置。
  7. 【請求項7】 前記冷却用冷媒はボロン水であることを
    特徴とする請求項5に記載の中性粒子入射装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5979296A (en) * 1996-10-16 1999-11-09 Zexel Corporation Reciprocating pump
CN104350547A (zh) * 2012-04-25 2015-02-11 爱奥尼克解决方案有限公司 用于穿透库仑势垒的装置和方法
CN106304604A (zh) * 2016-11-03 2017-01-04 四川瑶天纳米科技有限责任公司 一种用于中子俘获治疗的中子发生器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5979296A (en) * 1996-10-16 1999-11-09 Zexel Corporation Reciprocating pump
CN104350547A (zh) * 2012-04-25 2015-02-11 爱奥尼克解决方案有限公司 用于穿透库仑势垒的装置和方法
CN106304604A (zh) * 2016-11-03 2017-01-04 四川瑶天纳米科技有限责任公司 一种用于中子俘获治疗的中子发生器

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