JPH1090455A

JPH1090455A - 負イオン源

Info

Publication number: JPH1090455A
Application number: JP8247409A
Authority: JP
Inventors: Shiro Asano; 史朗浅野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】放電容器の放電プラズマから取り出される負イ
オンの生成率が悪かった。【解決手段】放電プラズマから負イオンを引き出す方向
と直交する方向に着磁された磁気フィルタ磁石１８を内
蔵し、負イオンを引き出す方向と直交する面上に、放電
容器１の長辺側の側壁３ａ、３ｂ面から略等距離の位置
に長辺側の側壁３ａ、３ｂに略平行に磁気フィルタロッ
ド１４が配設される。プラズマ閉じ込め磁場を発生する
複数の磁石１２、１３は、着磁方向が放電容器１の上板
２及び側壁３と直交し、磁気フィルタロッド１４を含む
面を境にして、隣接する極性が互いに異なる。磁気フィ
ルタロッド１４に最も近い磁石３１、３２の極性がそれ
ぞれ向かい合う磁気フィルタロッド１４に内蔵した磁気
フィルタ磁石１８の極性と異なる極性をもつように配置
した。この様な構成により磁場の不整合と磁気フィルタ
ロッド１４へのプラズマ損失を抑え、高効率の負イオン
源とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負イオン源に係
り、特に核融合のプラズマ加熱等に用いられる負イオン
源に関する。

【０００２】

【従来の技術】核融合実験装置には、高速の中性原子ビ
ームを入射してプラズマを加熱する目的で、中性粒子入
射装置（Neutral Beam Injector:NBI ）と呼ばれる加熱
装置が設置される。負イオン源は、特に１００［ｋｅ
Ｖ］を越えるような高エネルギＮＢＩ用ビーム源として
用いられるものである。

【０００３】また、核融合のプラズマ加熱等に用いられ
る負イオン源の一例として、放電容器内に磁気フィルタ
を有するものがある。以下、従来の負イオン源の構成に
ついて図面を参照しながら説明する。

【０００４】図９は負イオン源を正面から見た時の断面
図で、第１０図は負イオン源を側面から見た時の断面図
で、図１１は負イオン源の断面斜視図で、図１２は、負
イオン源の磁気フィルタの断面平面図である。図９、図
１０、図１２中の矢印は、磁力線の向きを示す。

【０００５】放電プラズマを生成する放電容器１は、上
面の上板２と側面の側壁３とに囲まれ、底面に開口部を
有する概直方体形状（一例として縦４０［ｃｍ］×横１
２０［ｃｍ］×高さ２０［ｃｍ］の場合）の箱型容器で
ある。その底面の開口部は、側壁３に接続される絶縁材
２１を介して第１の電極４で閉塞される。第１の電極４
と第２の電極６との間に印加された電圧によって、放電
容器１内で発生する放電プラズマから負水素イオンを引
き出している。この第１の電極４には負水素イオン引き
出し孔である多数の貫通孔５が設けられる。更に第１の
電極４の外側には第２の電極６、第３の電極７が互いに
絶縁材２１で絶縁され離隔して配置される。第１の電極
４と同様に、第２の電極６、第３の電極７にも多数の貫
通孔８、９がそれぞれ第１の電極４の貫通孔５に対応す
る位置に形成される。また、放電容器１の上板２及び側
壁３の内壁には、上板２及び側壁３を陽極とすることに
対し、陰極となるフィラメント陰極１０が形成され配設
される。

【０００６】上板２には、放電容器１内に放電ガスを導
入するガス導入口１１が取り付けられる。上板２の外壁
には、複数の角棒状の磁石１２がＸＺ平面内に配設され
る。なお、磁石１２は、上板２の外壁に直角な方向（Ｙ
軸方向）に着磁され、隣接する磁石１２同士の極性が互
いに異なって配設される。更に側壁３の外壁にも、複数
の角棒状の磁石１３が水平方向（ＸＺ平面）に互いに平
行であって、また隣接する磁石１３の極性が互いに異な
る様に配設される。

【０００７】また放電容器１内の下部には、互いに離隔
する複数の磁気フィルタロッド１４がＺ軸方向に対して
平行に配置される。磁気フィルタロッド１４内には磁気
フィルタ磁石１８が設けられる。各磁気フィルタ磁石１
８の極性は、隣接する磁気フィルタ磁石１８の極性に対
して互いに異なる。

【０００８】また、放電プラズマを閉じ込めるための磁
場を発生する磁石１２、１３及び磁気フィルタ磁石１８
は、図示される様な磁力線１５を発生する。そのうち、
磁気フィルタ磁石１８により発生する放電容器１を横切
る（ＸＺ平面）方向の磁場によって、磁気フィルタが形
成される。この磁気フィルタ磁石１８によって形成され
る磁気フィルタを境界にし、放電容器１内は上板２側に
第１室１６、第１の電極４側に第２室１７が区画され
る。

【０００９】磁気フィルタの詳細な構成について説明す
る。図１２に示される様に、放電容器１内に複数の磁気
フィルタロッド１４が互いに平行に、また放電容器１内
に放電プラズマを閉じ込めるために、放電容器１の側壁
３に角棒状の磁石１３が設けられる。磁気フィルタロッ
ド１４に内蔵される磁気フィルタ磁石１８は、隣接する
磁気フィルタ磁石１８と互いに極性が異って配設され
る。

【００１０】この様な構成からなる負イオン源の動作に
ついて説明する。いわゆる体積生成法と呼ばれる方法に
よって負水素イオンが生成される。この体積生成法と
は、第１室１６における水素ガス分子の励起に続き、第
２室１７における低温電子の解離性付着という二段階の
原子反応からなる。

【００１１】即ち、図示しないフィラメント電源によっ
て陰極フィラメント１０を加熱する。予め真空状態にあ
った放電容器１内に、加熱により発生する熱電子を陰極
フィラメント１０から放出させる。その後、ガス導入口
１１を通じて放電容器１内に水素ガスを供給し、図示し
ない放電電源により陰極フィラメント１０と放電容器１
との間に放電を起こし放電プラズマを発生させる。放電
プラズマは、磁気フィルタを横切って拡散する。しか
し、プラズマ中の高速電子は磁気フィルタに捕捉される
ため、第２室１７の放電プラズマの電子は低温成分のみ
からなり、体積生成法に適した電子温度の分布が形成さ
れる。

【００１２】そして、第２室１７に生成された負水素イ
オンは、第１の電極４及び第２の電極６、第２の電極７
によって所定のエネルギなる様に貫通孔５、８、９を通
過しながら加速され、ビームとして負イオン源（放電容
器１）から引き出される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な構成をなす負イオン源では、複数の磁気フィルタ磁
石（磁気フィルタロッド）がＸＺ平面上に、互いに放電
容器の短辺に平行に離隔して配置されているため、放電
プラズマと接触する磁気フィルタロッドの長さ（面積）
が大きくなり、放電プラズマの損失が増大するという欠
点があった。

【００１４】また、磁気フィルタ磁石と側壁側の閉じ込
め磁場形成用の磁石との極性が一部分で同極となり、磁
極面が向かい合う部分（図９、図１２中１９）ができ、
磁力線が途切れてしまい、放電プラズマの閉じ込めが不
完全となる。そのため、磁気フィルタによる電子温度
の選別作用を受けない放電プラズマが第１室から第２室
に漏れること、第１室からの放電プラズマの損失が大
きいことにより、負イオン生成の効率低下をもたらす等
の問題が生じる。

【００１５】そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑み
てなされたもので、磁気フィルタロッドと、プラズマ閉
じ込め用の磁石との間の磁力線のつながりの不整合をな
くし、磁気フィルタロッドへのプラズマ損失を抑え、負
イオンの生成が高効率である負イオン源を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の負イオン源は、導入された放電ガスを放
電させ、放電プラズマを生成する放電容器と、前記放電
容器に設けられ、前記放電容器内で放電プラズマを閉じ
込めるプラズマ閉じ込め手段と、前記放電容器を閉塞す
る様に設けられ、前記放電容器内の放電プラズマから負
イオンを引き出す引き出し電極と、負イオンが前記放電
容器外部に引き出される方向に対して直交する面内にお
いて、前記放電容器の長辺に対して略平行に設けられ、
隣接するプラズマ閉じ込め手段の極性と互いに異なる極
性を持ち、放電プラズマ中の電子を捕捉する磁気フィル
タとから構成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図１は負イオン源の第１実施例を
示す断面斜視図で、図２は、負イオン源の第１実施例を
正面（Ａ方向）から見た時の断面図で、図３は負イオン
源の第１実施例を側面（Ｂ方向）から見た時の断面図
で、図４は負イオン源の第１実施例の磁気フィルタの断
面平面図である。図２、３、４中の矢印は磁力線の向き
を示す。

【００１８】放電プラズマを形成する放電容器１は、上
面に上板２と側面に側壁３とを有し、底面に開口部を有
する概直方体形状の箱型容器である。底面の開口部に
は、側壁３に絶縁材２１を介して第１の電極４（引き出
し電極）が、開口部を閉塞する様に取り付けられる。第
１の電極４と第２の電極６との間に印加した電圧によっ
て、放電容器１内で発生する放電プラズマから負水素イ
オンを引き出している。第１の電極４には、負水素イオ
ンを引き出すための貫通孔５が複数設けられる。第１の
電極４の外側には、絶縁材２１を介して第２の電極６
（引き出し電極）が設けられる。、第２の電極６に絶縁
材２１を介して第３の電極７（引き出し電極）が設けら
れる。それぞれが絶縁され離隔して配置される第２の電
極６、第３の電極７にも、第１の電極４と同様に、多数
の貫通孔８、９が形成される。貫通孔８、９は、それぞ
れ第１の電極４の貫通孔５の位置に対応して形成され
る。

【００１９】また放電容器１の上板２及び側壁３の内面
は、陽極となり、それに対して陰極となる陰極フィラメ
ント１０が配設される。側壁３と陰極フィラメント１０
とは絶縁されている。

【００２０】また、上板２には、放電容器１内に水素ガ
ス等を導入するガス導入口１１が取り付けられる。上板
２の外壁には、複数の角棒状の例えばサマリウムコバル
トから形成される磁石１２（閉じ込め磁場発生手段）
が、ＸＺ平面内で所定の間隔を持って互いに平行に配設
される。なお、磁石１２は、上板２の外壁に直角な方向
（Ｙ軸方向）に着磁され、隣接する磁石１２同士が互い
に異なる極性となる様に配列される。更に側壁３の外壁
にも複数の角棒状の例えばサマリウムコバルトから形成
される磁石１３（閉じ込め磁場発生手段）が、水平方向
（ＸＺ平面）に互いに平行に配設される。

【００２１】また放電容器１内の下部には、負イオンビ
ームが引き出される方向（Ｙ軸方向）に対し直交する方
向（ＸＺ平面）に着磁された磁気フィルタ磁石１８（磁
気フィルタ）が、銅製の円筒パイプで形成される磁気フ
ィルタロッド１４（磁気フィルタ）に内蔵され配置され
る。磁気フィルタロッド１４は、負イオンビームが引き
出される方向に対して直交する面上に、放電容器１の側
壁３ａ、３ｂから略等距離の位置に、かつ側壁３ａある
いは３ｂ（放電容器１の平面における長辺）に対して略
平行に設けられる。磁気フィルタロッド１４に最も近い
放電容器１の側壁３に設けられる磁石３１、３２（閉じ
込め磁場発生手段）の磁気フィルタ磁石１８に対向する
面の極性は、磁気フィルタ磁石１８が磁石３１、３２に
対向する面の極性とは異なる極性である。

【００２２】磁気フィルタ磁石１８と磁気フィルタロッ
ド１４との間の空隙には、磁気フィルタ磁石１８を冷却
するための冷却水等の冷却材が流通する冷却材流通部２
２が設けられる。なお、磁石１２、１３及び磁気フィル
タ磁石１８による磁力線１５は、放電容器１内で発生す
る放電プラズマを閉じ込める。磁力線１５は、磁気フィ
ルタ磁石１８によって、放電容器１を横切る方向（ＸＺ
平面）に磁場を発生させ、磁気フィルタを形成する。こ
の磁気フィルタによって放電容器１内は、磁気フィルタ
ロッド１４を境界とし、上板２側に第１室１６が、第１
の電極４側に第２室１７が区画される。

【００２３】この様な構成をなす第１実施例の動作につ
いて説明する。体積生成法と呼ばれる方法によって負水
素イオンが生成される。この体積生成法とは、第１室１
６における水素ガス分子の励起に続き、第２室１７にお
ける低温電子の解離性付着という二段階の原子反応から
なる。

【００２４】即ち、図示しないフィラメント電源によっ
て陰極フィラメント１０を加熱する。予め真空状態にあ
った放電容器１内に、加熱により発生する熱電子を陰極
フィラメント１０から放出させる。その後、ガス導入口
１１を通じて放電容器１内に水素ガスを供給し、図示し
ない放電電源により陰極フィラメント１０と放電容器１
との間に放電を起こし放電プラズマを発生させる。放電
プラズマは、磁気フィルタを横切って拡散する。しか
し、プラズマ中の高速電子は磁気フィルタに捕捉される
ため、第２室１７の放電プラズマの電子は低温成分のみ
からなり、体積生成法に適した電子温度の分布が形成さ
れる。

【００２５】そして、第２室１７に生成された負水素イ
オンは、第１の電極４及び第２の電極６、第２の電極７
によって所定のエネルギに貫通孔５、８、９を通過しな
がら加速され、ビームとして負イオン源（放電容器１）
から引き出される。

【００２６】以上述べた様に本発明の第１実施例の効果
について説明する。例えば、従来では磁気フィルタロッ
ド１４は、互いに２０［ｃｍ］の間隔をもって５列に配
置される。すると放電プラズマ中に挿入される磁気フィ
ルタロッド１４の合計の長さは、各ロッド間の間隔を２
０［ｃｍ］とすると５列の磁気フィルタロッド１４を設
置する必要があり、放電プラズマ中に挿入する磁気フィ
ルタロッド１４の合計の長さは２００［ｃｍ］となる。
しかしながら、第１実施例の磁気フィルタロッド１４の
長さは、１２０［ｃｍ］となり磁気フィルタロッド１４
の合計の長さ（面積）が従来に比べて６０［％］に減少
できる。そのため磁気フィルタロッド１４へのプラズマ
損失を減少できる。

【００２７】また、磁気フィルタ磁石１８の磁極面と、
磁気フィルタ磁石１８に対向する放電容器１の側壁に配
設されたプラズマ閉じ込め用の磁石３１、３２の磁極面
とは極性が相互に異なるため、磁気フィルタ磁石１８
と、磁気フィルタ磁石１８に対向した位置にあるプラズ
マ閉じ込め用の磁石３１、３２との間には閉じた磁力線
が形成される。すなわち磁気フィルタが放電容器の短辺
側（Ｚ軸方向）と長辺側（Ｘ軸方向）との全面（ＸＺ平
面）にわたって形成され、第１室１６に生成された放電
プラズマの閉じ込めが向上する。また、高速電子は全て
磁気フィルタによる温度選別作用を受ける。そのため結
果的に、高効率の負水素イオン生成が可能となり、イオ
ン源の高効率化が達成できる。

【００２８】次に、本発明の第２実施例の構成につい
て、図５を参照して説明する。なお、以下の各実施例に
おいて第１実施例と同一構成要素は同一符号を付し、重
複する説明は省略する。

【００２９】第２実施例の特徴は、磁気フィルタロッド
１４と、磁気フィルタロッド１４に隣接する側壁３との
間隙にアルミナ等から形成される絶縁部２３を設けるこ
とで、放電効率を高めたことである。

【００３０】図５は、負イオン源の第２実施例の磁気フ
ィルタの断面平面図である。図５中の矢印は磁力線の向
きを示す。負水素イオンが引き出される方向（Ｙ軸方
向）と直交する面（ＸＺ平面）上で、放電容器の長辺
（Ｘ軸方向に沿った）側の側壁３ａ、３ｂから、略等距
離の位置に、長辺側の側壁３ａ、３ｂに略平行に、磁気
フィルタロッド１４が配設される。磁気フィルタロッド
１４の両端（Ｘ軸方向）が対向する側壁３ｃ、３ｄの表
面には、アルミナ等から形成される絶縁部２３が形成さ
れる。磁気フィルタロッド１４内には、磁場を発生する
磁気フィルタ磁石１８が内蔵される。

【００３１】この様な構成をなす第２実施例の動作につ
いて説明する。体積生成法と呼ばれる方法によって負水
素イオンが生成される。この体積生成法とは、放電容器
内を磁気フィルタロッド１４によって隔離し、その隔離
された第１室における水素ガス分子の励起に続き、第２
室における低温電子の解離性付着という二段階の原子反
応からなる。第２室とは、第１室よりも引き出し電極側
にある空間である。

【００３２】放電容器内のフィラメント電源によって陰
極フィラメントが加熱される。予め真空状態にあった放
電容器内に、加熱によって発生する熱電子を、陰極フィ
ラメントから放出する。その後、ガス導入口を通じて放
電容器内に水素ガスを供給し、放電電源により陰極フィ
ラメントと放電容器との間に放電を起こし放電プラズマ
を発生させる。放電プラズマは、磁気フィルタを横切っ
て拡散する。しかしながら、プラズマ中の高速電子は磁
気フィルタに捕捉されるため、第２室の放電プラズマの
電子は低温成分のみからなり、体積生成法に適した電子
温度の分布が形成される。

【００３３】そして、第２室で生成された負水素イオン
は、放電容器の開口部に設けられる複数の電極によって
所定のエネルギに、電極に形成された貫通孔を通過しな
がら加速され、ビームとして負イオン源（放電容器）か
ら引き出される。

【００３４】以上述べた様に第２実施例の効果について
説明する。例えば、従来では磁気フィルタロッド１４
は、互いに２０［ｃｍ］の間隔をもって５列に配置され
る。すると放電プラズマ中に挿入される磁気フィルタロ
ッド１４の合計の長さは、各ロッド間の間隔を２０［ｃ
ｍ］とすると５列の磁気フィルタロッド１４を設置する
必要があり、放電プラズマ中に挿入する磁気フィルタロ
ッド１４の合計の長さは２００［ｃｍ］となる。しかし
ながら、第２実施例の磁気フィルタロッド１４の長さ
は、１２０［ｃｍ］であり磁気フィルタロッド１４の合
計の長さ（面積）が従来に比べて６０［％］に減少でき
る。そのため磁気フィルタロッド１４へのプラズマ損失
を減少できる。

【００３５】また、磁気フィルタ磁石１８の磁極面と、
磁気フィルタ磁石１８に対向する放電容器１の側壁に配
設されたプラズマ閉じ込め用の磁石３１、３２の磁極面
とは極性が相互に異なるため、磁気フィルタ磁石１８
と、磁気フィルタ磁石１８に対向した位置にあるプラズ
マ閉じ込め用の磁石３１、３２との間には閉じた磁力線
が形成される。すなわち磁気フィルタが放電容器の短辺
側（Ｚ軸方向）と長辺側（Ｘ軸方向）との全面（ＸＺ平
面）にわたって形成され、第１室に生成された放電プラ
ズマの閉じ込めが向上する。また、高速電子は全て磁気
フィルタによる温度選別作用を受ける。そのため結果的
に、高効率の負水素イオンの生成が可能となり、負イオ
ン源の高効率化が達成できる。

【００３６】更に、放電電流を担う電子は陽極に失われ
るため、一般に陽極の面積は安定なアーク放電を得るこ
とができる所定の範囲内でできるだけ小さくした方が、
電子の損失を少なくできる。

【００３７】この様な第２実施例では、図示しない電源
により磁気フィルタロッド１４と放電容器の側壁３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄとの間に電位差を与えるか、又は電源
の変わりに抵抗を接続することにより、陽極の面積を高
効率放電が起こるよう調節することができる。そのた
め、高効率のプラズマを生成する。

【００３８】また第２実施例では、陽極となる放電容器
の側壁３ｃ、３ｄに直接絶縁部２３を取り付けたことに
より陽極の面積が小さくなる。よって、陽極の面積が小
さくなることで高効率のプラズマ生成ができる。

【００３９】次に、本発明の第３実施例の構成につい
て、図６を参照して説明する。第３実施例の特徴は、磁
気フィルタロッド１４に最も近い磁石のうち、長辺（Ｘ
軸方向）側の両側壁３ａ、３ｃに配置された磁石３１の
着磁面の面積を他の磁石の着磁面よりも大きくしたこと
で、磁気フィルタの磁場強度を大きくし、負水素イオン
の生成を高効率としたことである。

【００４０】図６は、負イオン源の第３実施例を側面か
ら見た時の断面図である。図６中矢印は、磁力線の向き
を示す。磁気フィルタロッド１４に最も近い位置に配置
される磁石３１ａ、３１ｃは、それぞれが向かい合う磁
気フィルタロッド１４に内蔵された磁気フィルタ磁石１
８の極性に対して異なる極性を持ち、磁石１２、１３の
着磁面に対してその着磁面の面積が大きい。

【００４１】この様な構成をなす第３実施例の動作につ
いて説明する。体積生成法と呼ばれる方法によって負水
素イオンが生成される。この体積生成法とは、第１室１
６における水素ガス分子の励起に続き、第２室１７にお
ける低温電子の解離性付着という二段階の原子反応から
なる。

【００４２】即ち、図示しないフィラメント電源によっ
て陰極フィラメント１０を加熱する。予め真空状態にあ
った放電容器１内に、加熱により発生する熱電子を陰極
フィラメント１０から放出させる。その後、ガス導入口
１１を通じて放電容器１内に水素ガスを供給し、図示し
ない放電電源により陰極フィラメント１０と放電容器１
との間に放電を起こし放電プラズマを発生させる。放電
プラズマは、磁気フィルタを横切って拡散する。しか
し、プラズマ中の高速電子は磁気フィルタに捕捉される
ため、第２室１７の放電プラズマの電子は低温成分のみ
からなり、体積生成法に適した電子温度の分布が形成さ
れる。

【００４３】そして、第２室１７に生成された負水素イ
オンは、第１の電極４及び第２の電極６、第２の電極７
によって所定のエネルギとなる様に貫通孔５、８、９を
通過しながら加速されビームとして負イオン源（放電容
器１）から引き出される。

【００４４】以上述べた様に第３実施例の効果について
説明する。例えば、従来では磁気フィルタロッド１４
は、互いに２０［ｃｍ］の間隔をもって５列に配置され
る。すると放電プラズマ中に挿入される磁気フィルタロ
ッド１４の合計の長さは、各ロッド間の間隔を２０［ｃ
ｍ］とすると５列の磁気フィルタロッド１４を設置する
必要があり、放電プラズマ中に挿入する磁気フィルタロ
ッド１４の合計の長さは２００［ｃｍ］となる。しかし
ながら、第２実施例の磁気フィルタロッド１４の長さ
は、１２０［ｃｍ］となり、磁気フィルタロッド１４の
合計の長さ（面積）が従来に比べて６０［％］に減少で
きる。そのため磁気フィルタロッド１４へのプラズマ損
失を減少できる。

【００４５】また、磁気フィルタ磁石１８の磁極面と、
磁気フィルタ磁石１８に対向する放電容器１の側壁に配
設されたプラズマ閉じ込め用の磁石３１の磁極面とは極
性が相互に異なるため、磁気フィルタ磁石１８と、磁気
フィルタ磁石１８に対向した位置にあるプラズマ閉じ込
め用の磁石３１との間には閉じた磁力線が形成される。
すなわち磁気フィルタが放電容器の短辺側（Ｚ軸方向）
と長辺側（Ｘ軸方向）との全面（ＸＺ平面）にわたって
形成され、第１室に生成された放電プラズマの閉じ込め
が向上する。また、高速電子は全て磁気フィルタによる
温度選別作用を受ける。そのため結果的に、高効率の負
水素イオンの生成が可能となり、磁気フィルタの磁場強
度を大きくすることにより、負イオン源の高効率化が達
成できる。次に、本発明の第４実施例の構成につい
て、図７を参照して説明する。

【００４６】第４実施例の特徴は、磁気フィルタロッド
１４に最も近い磁石のうち、長辺（Ｘ軸方向）側の両側
壁３ａ、３ｂに配置された磁石３１ａ、３１ｃのＺ軸方
向の長さを他の磁石の長さよりも大きくしたことで、磁
気フィルタの磁場強度を多くし、負水素イオンの生成を
高効率としたことである。

【００４７】図７は、負イオン源の第４実施例を側面か
ら見た時の断面図である。図７中矢印は磁力線の向きを
示す。磁気フィルタロッド１４に最も近い位置に配置さ
れる磁石３１ａ、３１ｃは、それぞれが向かい合う磁気
フィルタロッド１４に内蔵された磁気フィルタ磁石１８
の極性に対して異なる極性を持ち、磁石１２、１３のＺ
軸方向の長さに対してその長さが大きい。

【００４８】この様な構成をなす第４実施例の動作につ
いて説明する。体積生成法と呼ばれる方法によって負水
素イオンが生成される。この体積生成法とは、第１室１
６における水素ガス分子の励起に続き、第２室１７にお
ける低温電子の解離性付着という二段階の原子反応から
なる。

【００４９】即ち、図示しないフィラメント電源によっ
て陰極フィラメント１０を加熱する。予め真空状態にあ
った放電容器１内に、加熱により発生する熱電子を陰極
フィラメント１０から放出させる。その後、ガス導入口
１１を通じて放電容器１内に水素ガスを供給し、図示し
ない放電電源により陰極フィラメント１０と放電容器１
との間に放電を起こし放電プラズマを発生させる。放電
プラズマは、磁気フィルタを横切って拡散する。しか
し、プラズマ中の高速電子は磁気フィルタに捕捉される
ため、第２室１７の放電プラズマの電子は低温成分のみ
からなり、体積生成法に適した電子温度の分布が形成さ
れる。

【００５０】そして、第２室１７に生成された負水素イ
オンは、第１の電極４及び第２の電極６、第２の電極７
によって所定のエネルギに、貫通孔５、８、９を通過し
ながら加速され、ビームとして負イオン源（放電容器
１）から引き出される。

【００５１】以上述べた様に第４実施例の効果について
説明する。例えば、従来では磁気フィルタロッド１４
は、互いに２０［ｃｍ］の間隔をもって５列に配置され
る。すると放電プラズマ中に挿入される磁気フィルタロ
ッド１４の合計の長さは、各ロッド間の間隔を２０［ｃ
ｍ］とすると５列の磁気フィルタロッド１４を設置する
必要があり、プラズマ中に挿入する磁気フィルタロッド
１４の合計の長さは２００［ｃｍ］となる。しかしなが
ら、第２実施例の磁気フィルタロッド１４の長さは、１
２０［ｃｍ］となり磁気フィルタロッド１４の合計の長
さ（面積）が従来に比べ６０［％］に減少できる。その
ため磁気フィルタロッド１４へのプラズマ損失を大幅に
減少できる。

【００５２】また、磁気フィルタ磁石１８の磁極面と、
磁気フィルタ磁石１８に対向する放電容器１の側壁に配
設されたプラズマ閉じ込め用の磁石３１の磁極面とは極
性が相互に異なるため、磁気フィルタ磁石１８と、磁気
フィルタ磁石１８に対向した位置にあるプラズマ閉じ込
め用の磁石３１との間には閉じた磁力線が形成される。
すなわち磁気フィルタが放電容器の短辺側（Ｚ軸方向）
と長辺側（Ｘ軸方向）との全面（ＸＺ平面）にわたって
形成され、第１室に生成された放電プラズマの閉じ込め
が向上する。また、高速電子は全て磁気フィルタによる
温度選別作用を受ける。そのため結果的に、高効率の負
水素イオンの生成が可能となり、負イオン源の高効率化
が達成できる。

【００５３】更に、磁気フィルタ磁石１８と、磁気フィ
ルタ磁石１８と対向して配置される磁石３１との間に
は、閉じた磁力線が形成され、磁気フィルタの磁場強度
を大きくできる。そのため、磁気フィルタが放電容器１
全面に形成され、磁気フィルタの磁場強度を大きくする
ことによる負水素イオンの生成効率が高くなる。

【００５４】次に、本発明の第５実施例の構成につい
て、図８を参照して説明する。第５実施例の特徴は、磁
石３１ａ、３１ｃが、他の磁石より残留磁束密度が高い
磁性体から形成されることにより、磁気フィルタの磁場
強度を大きくし、高効率の負水素イオンを生成すること
である。

【００５５】図８は、負イオン源の第５実施例の磁気フ
ィルタの断面図である。図８中の矢印は磁力線の向きを
示す。磁気フィルタロッド１４に最も近い位置に配置さ
れる磁石３１ａ、３１ｃは、それぞれが向かい合う磁気
フィルタロッド１４に内蔵された磁気フィルタ磁石１８
の極性に対して異なる極性を持ち、他の磁石より残留磁
束密度が高い磁性体から形成される。

【００５６】この様な構成をなす第５実施例の動作につ
いて説明する。体積生成法と呼ばれる方法によって負水
素イオンが生成される。この体積生成法とは、第１室１
６における水素ガス分子の励起に続き、第２室１７にお
ける低温電子の解離性付着という二段階の原子反応から
なる。

【００５７】即ち、図示しないフィラメント電源によっ
て陰極フィラメント１０を加熱する。予め真空状態にあ
った放電容器１内に、加熱により発生する熱電子を陰極
フィラメント１０から放出させる。その後、ガス導入口
１１を通じて放電容器１内に水素ガスを供給し、図示し
ない放電電源により陰極フィラメント１０と放電容器１
との間に放電を起こし放電プラズマを発生させる。放電
プラズマは、磁気フィルタを横切って拡散する。しか
し、プラズマ中の高速電子は磁気フィルタに捕捉される
ため、第２室１７の放電プラズマの電子は低温成分のみ
からなり、体積生成法に適した電子温度の分布が形成さ
れる。

【００５８】そして、第２室１７に生成された負水素イ
オンは、第１の電極４及び第２の電極６、第２の電極７
によって所定のエネルギとなる様に貫通孔５、８、９を
通過しながら加速されビームとして負イオン源（放電容
器１）から引き出される。

【００５９】以上述べた様に第５実施例の効果について
説明する。例えば、従来では磁気フィルタロッド１４
は、互いに２０［ｃｍ］の間隔をもって５列に配置され
る。すると放電プラズマ中に挿入される磁気フィルタロ
ッド１４の合計の長さは、各ロッド間の間隔を２０［ｃ
ｍ］とすると５列の磁気フィルタロッド１４を設置する
必要があり、放電プラズマ中に挿入する磁気フィルタロ
ッド１４の合計の長さは２００［ｃｍ］となる。しかし
ながら、第２実施例の磁気フィルタロッド１４の長さ
は、１２０［ｃｍ］となり磁気フィルタロッド１４の合
計の長さ（面積）が従来に比べ６０［％］に減少でき
る。そのため磁気フィルタロッド１４へのプラズマ損失
を大幅に減少できる。

【００６０】また、磁気フィルタ磁石１８の磁極面と、
磁気フィルタ磁石１８に対向する放電容器１の側壁に配
設されたプラズマ閉じ込め用の磁石３１ａ、３１ｃの磁
極面とは極性が相互に異なるため、磁気フィルタ磁石１
８と、磁気フィルタ磁石１８に対向した位置にあるプラ
ズマ閉じ込め用の磁石３１ａ、３１ｃとの間には閉じた
磁力線が形成される。すなわち磁気フィルタが放電容器
の短辺側（Ｚ軸方向）と長辺側（Ｘ軸方向）との全面
（ＸＺ平面）にわたって形成され、第１室１６に生成さ
れたプラズマの閉じ込め力が向上する。また、高速電子
は全て磁気フィルタによる温度選別作用を受ける。その
ため結果的に、高効率の負水素イオンの生成が可能とな
り、負イオン源の高効率化が達成できる。

【００６１】また、磁石３１ａ、３１ｃにネオジニウム
−鉄系の磁性体を使用して、鉄等で形成された他の磁石
にサマリウム−コバルト系の磁石を用いた場合、ネオジ
ニウム−鉄系の方が残留磁束密度が大きい。そのため、
より強い磁場強度が得ることができ、高効率な磁気フィ
ルタを形成できる。

【００６２】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるこ
とはいうまでもない。例えば、磁石は、ネオジニウム−
鉄系の磁性体でなくとも、所望の磁場強度を得ることが
できればどの様な物質、形態でも構わない。

【００６３】

【発明の効果】以上述べた様に本発明によれば、磁気フ
ィルタが放電容器の全面にわたって形成されると共に、
磁気フィルタロッドへのプラズマ損失が抑えられること
により高効率の負イオンの生成ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の負イオン源の第１実施例を示す断面
斜視図

【図２】本発明の負イオン源の第１実施例を正面から
見た時の断面図

【図３】本発明の負イオン源の第１実施例を側面から
見た時の断面図

【図４】本発明の負イオン源の第１実施例の磁気フィ
ルタの断面平面図

【図５】本発明の負イオン源の第２実施例の磁気フィ
ルタの断面平面図

【図６】本発明の負イオン源の第３実施例を側面から
見た時の断面図

【図７】本発明の負イオン源の第４実施例を側面から
見た時の断面図

【図８】本発明の負イオン源の第５実施例を側面から
見た時の断面図

【図９】従来の負イオン源を正面から見た時の断面図

【図１０】従来の負イオン源を側面から見た時の断面
図

【図１１】従来の負イオン源の断面斜視図

【図１２】従来の負イオン源の磁気フィルタの断面平
面図

【符号の説明】

１放電容器２上板３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ側壁４第１の電極（引き出し電極）５、８、９貫通孔６第２の電極（引き出し電極）７第３の電極（引き出し電極）１０陰極フィラメント１１ガス導入口１２、１３、３１、３２磁石（プラズマ閉じ込め手
段）１４磁気フィルタロッド（磁気フィルタ）１５磁力線１６第１室１７第２室１８磁気フィルタ磁石（磁気フィルタ）２１絶縁材２２冷却材流通部２３絶縁部３１、３１ａ、３１ｃ、３２磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導入された放電ガスを放電させ、放電プラ
ズマを生成する放電容器と、前記放電容器に設けられ、
前記放電容器内で放電プラズマを閉じ込めるプラズマ閉
じ込め手段と、前記放電容器を閉塞する様に設けられ、
前記放電容器内の放電プラズマから負イオンを引き出す
引き出し電極と、負イオンが前記放電容器外部に引き出
される方向に対して直交する面内において、前記放電容
器の長辺に対して略平行に設けられ、隣接するプラズマ
閉じ込め手段の極性と互いに異なる極性を持ち、放電プ
ラズマ中の電子を捕捉する磁気フィルタとから構成され
ることを特徴とする負イオン源。
【請求項２】前記磁気フィルタが、負イオンが引き出さ
れる方向に対して直交する面内で、前記放電容器の平面
における長辺から互いに等しい距離に１本配置されるこ
とを特徴とする請求項１記載の負イオン源。
【請求項３】前記磁気フィルタが、絶縁部を介して前記
放電容器の平面における短辺と接続されることを特徴と
する請求項１記載の負イオン源。