JPS5894741A - 負イオン発生方法 - Google Patents
負イオン発生方法Info
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- JPS5894741A JPS5894741A JP56192072A JP19207281A JPS5894741A JP S5894741 A JPS5894741 A JP S5894741A JP 56192072 A JP56192072 A JP 56192072A JP 19207281 A JP19207281 A JP 19207281A JP S5894741 A JPS5894741 A JP S5894741A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/028—Negative ion sources
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、水素１重水素または三重水素（以下、単に「
水素」という。）の負イオンを発生させるための方法に
関する。
水素」という。）の負イオンを発生させるための方法に
関する。
一般に、核融合用プラズマを加熱するために、加速され
た中性の水素をプラズマ中に供給することが行なわれて
いるが、このためには一旦水素をイオン化して正または
負のイオンにし、加速したのち中性化する必要がある。
た中性の水素をプラズマ中に供給することが行なわれて
いるが、このためには一旦水素をイオン化して正または
負のイオンにし、加速したのち中性化する必要がある。
ところで、水素の正イオンの場合、高エネルギーになる
と、中性化の効率が着しく低下するため、より大鰺な加
速エネルギーを得るためには水素の負イオンを用いるの
が好ましい。
と、中性化の効率が着しく低下するため、より大鰺な加
速エネルギーを得るためには水素の負イオンを用いるの
が好ましい。
このよらな観点から、従来より各種の水素負イオン発生
手段が提案されている。すなわち水素を放電させてその
正イオンをつくりこれを加速してセシウム（Ｃｓ）蒸気
中を通すことにより水素の負イオンを発生させる方法や
、水素の正イオンや中性水素をセシウムで被覆された金
属面に当てることにより水素の負イオンを発生させる方
法や、水素とセシウムとの混合気中で放電を行なって水
素の負イオンを発生させる方法等が提案されているので
ある。
手段が提案されている。すなわち水素を放電させてその
正イオンをつくりこれを加速してセシウム（Ｃｓ）蒸気
中を通すことにより水素の負イオンを発生させる方法や
、水素の正イオンや中性水素をセシウムで被覆された金
属面に当てることにより水素の負イオンを発生させる方
法や、水素とセシウムとの混合気中で放電を行なって水
素の負イオンを発生させる方法等が提案されているので
ある。
しかしながら、このような従来の手段では、いずれの場
合も、水素の負イオン発生プロセスが複雑であるという
問題点があるほか、水素の放電場所と水素の負イオン発
生湯所とが連通しているので、両方の条件がからみあい
極めてガス効率が悪いという問題点がある。
合も、水素の負イオン発生プロセスが複雑であるという
問題点があるほか、水素の放電場所と水素の負イオン発
生湯所とが連通しているので、両方の条件がからみあい
極めてガス効率が悪いという問題点がある。
本発明は、これらの問題点を解決しようとするもので、
簡単なプロセスでしかも極めてガス効率の良い水素の負
イオン発生方法を提供することを目的とする。
簡単なプロセスでしかも極めてガス効率の良い水素の負
イオン発生方法を提供することを目的とする。
次に、第１図を用いて本発明の水素負イオン発生力法の
原理を説明する。
原理を説明する。
従来よりパラジウム（Ｐｓ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（
Ｆｅ）あるいはニオブ（Ｎｂ）等の金属や、パラジウム
と金あるいはパラジウムと銀との合金等は、水素のガス
を吸蔵または吸着するということが知られでおり、した
がってこれらの金属や合金で隔壁Ａを構成し、この隔壁
Ａで空間を２つに仕切ってから、これら２つの空間にガ
ス圧の差を与えると、水素の〃スＨ２は高圧側空間１（
Ｓから低圧側空間ＬＳへ狗けて隔壁Ａ中を拡散してゆく
のである。
Ｆｅ）あるいはニオブ（Ｎｂ）等の金属や、パラジウム
と金あるいはパラジウムと銀との合金等は、水素のガス
を吸蔵または吸着するということが知られでおり、した
がってこれらの金属や合金で隔壁Ａを構成し、この隔壁
Ａで空間を２つに仕切ってから、これら２つの空間にガ
ス圧の差を与えると、水素の〃スＨ２は高圧側空間１（
Ｓから低圧側空間ＬＳへ狗けて隔壁Ａ中を拡散してゆく
のである。
なお、この隔壁Ａ中の水素のガスはガス分子ではなく原
子に解離しているといわれている。
子に解離しているといわれている。
このように水素のガスが隔壁Ａ中を拡散していった結果
、この水素のガスが隔壁Ａの低圧側空間ＬＳにおける表
面から放出されるが、このとト隔壁Ａの表面ポテンシャ
ルの状況によって、水素は原子状態のまま（符号のＨで
示す。）、あるいは励起状態の分子（符号のＨ２で示す
。）として、上記隔壁表面から離れてゆく。なお、隔壁
Ａの温度が高いほど、水素がこの隔壁Ａを透過していく
量は多い。
、この水素のガスが隔壁Ａの低圧側空間ＬＳにおける表
面から放出されるが、このとト隔壁Ａの表面ポテンシャ
ルの状況によって、水素は原子状態のまま（符号のＨで
示す。）、あるいは励起状態の分子（符号のＨ２で示す
。）として、上記隔壁表面から離れてゆく。なお、隔壁
Ａの温度が高いほど、水素がこの隔壁Ａを透過していく
量は多い。
このようにして放出された水素のうち原子状態にあるも
のＨは０．７５ｅＶの電子親和力をもっているため、こ
れに電子ｅを供給することにより、容易に負のイオンＨ
゛を発生させることができ、また上記放出された水素の
うも励起状態の分・子Ｈ”２ として存在するものに電
子ｅを衝突させでも、容易に負イオンＨ−を発生させる
ことができる。
のＨは０．７５ｅＶの電子親和力をもっているため、こ
れに電子ｅを供給することにより、容易に負のイオンＨ
゛を発生させることができ、また上記放出された水素の
うも励起状態の分・子Ｈ”２ として存在するものに電
子ｅを衝突させでも、容易に負イオンＨ−を発生させる
ことができる。
すなわち、低圧側空間ＬＳへ放出されてくる水素のガス
Ｈ＝ Ｈ：に、隔壁Ａの低圧側空間ＬＳにおける表面ま
たはその近傍で、電子ｅを供給することによって、容易
に負イオンＨ−を発生させうろことが理解されるのであ
る。
Ｈ＝ Ｈ：に、隔壁Ａの低圧側空間ＬＳにおける表面ま
たはその近傍で、電子ｅを供給することによって、容易
に負イオンＨ−を発生させうろことが理解されるのであ
る。
このため、本発明の方法は、水素のガスを透過しうる金
属（合金を含む。）から成る隔壁で仕切られた２つの空
間の一方に、上記ガスを充填して高圧側空間を形成する
とともに、その他方にそれよりも低いガス圧を保持する
ことにより低圧側空間を形成して、上記高圧側空間から
上記隔壁中を拡散して上記低圧側空間へ放出される上記
ガスに、上記隔壁の上記低圧側空間における表面または
その近傍で、電子を供給することによって、上記ガスの
負イオンを発生させることを特徴としている。
属（合金を含む。）から成る隔壁で仕切られた２つの空
間の一方に、上記ガスを充填して高圧側空間を形成する
とともに、その他方にそれよりも低いガス圧を保持する
ことにより低圧側空間を形成して、上記高圧側空間から
上記隔壁中を拡散して上記低圧側空間へ放出される上記
ガスに、上記隔壁の上記低圧側空間における表面または
その近傍で、電子を供給することによって、上記ガスの
負イオンを発生させることを特徴としている。
以下、図面により本発明の一実施例としての負イオン発
生方法について説明すると、＃２図は本方法の効果を確
認するための装置についてその一部を破断して示す上面
図、第３図は第２図のＩＩＩ −ＩＩＩ線に沿う断面状
態を示す模式図、第４図は上記装置の電気回路図、第５
．６図および＃７図（ａ）、（ｂ）はいずれも本方法の
作用を説明するためのグラフである。
生方法について説明すると、＃２図は本方法の効果を確
認するための装置についてその一部を破断して示す上面
図、第３図は第２図のＩＩＩ −ＩＩＩ線に沿う断面状
態を示す模式図、第４図は上記装置の電気回路図、第５
．６図および＃７図（ａ）、（ｂ）はいずれも本方法の
作用を説明するためのグラフである。
第２図に示すごとく、本方法の原理を証明するための装
置は、排気ポンプに連通する排気口１ａを有し内部を適
宜低圧状態にしうるケース１をそなえており、このケー
ス１内には、パラジウム管２が設けられている。このパ
ラジウム管２は、その一端が水素ガス源に連通されると
ともに、その他端が閉塞されていて、これによりパラジ
ウム管２の内側に、水素のガスを充填された高圧側空間
Ｈ３が形成されるとともに、パラジウム管２の外側に、
これよりも低いガス圧の低圧側空間ＬＳが形成される。
置は、排気ポンプに連通する排気口１ａを有し内部を適
宜低圧状態にしうるケース１をそなえており、このケー
ス１内には、パラジウム管２が設けられている。このパ
ラジウム管２は、その一端が水素ガス源に連通されると
ともに、その他端が閉塞されていて、これによりパラジ
ウム管２の内側に、水素のガスを充填された高圧側空間
Ｈ３が形成されるとともに、パラジウム管２の外側に、
これよりも低いガス圧の低圧側空間ＬＳが形成される。
（＄２．３図参照）また、パラジウム管２の外側近傍に
は、電子放出源としての２本のフイラメン） ３．３が
設けられており、これによりこれらのフィラメント３が
らの熱電子をパラジウム管２の外表面あるいはその近傍
へ向けて供給することができるほか、パラジウム管２を
加熱することができる。
は、電子放出源としての２本のフイラメン） ３．３が
設けられており、これによりこれらのフィラメント３が
らの熱電子をパラジウム管２の外表面あるいはその近傍
へ向けて供給することができるほか、パラジウム管２を
加熱することができる。
これにより水素の〃スＨ２をパラジウム管２内へ供給す
ると、第１図において説明した原理どおり水素の〃スＨ
２がパラジウム管壁を拡散により透過してパラジウム管
２の低圧側外表面から原子状態のままあるいは励起状態
にある分子として放出されるため、これらにフィラメン
ト３から熱電子が供給され、水素の負イオンが発生する
はずである。
ると、第１図において説明した原理どおり水素の〃スＨ
２がパラジウム管壁を拡散により透過してパラジウム管
２の低圧側外表面から原子状態のままあるいは励起状態
にある分子として放出されるため、これらにフィラメン
ト３から熱電子が供給され、水素の負イオンが発生する
はずである。
この現象を確かめるために、ガードリング４とコレクタ
５とから成る検出器りが設けられている。
５とから成る検出器りが設けられている。
また、パラジウム管２とフィラメント３とはほぼ同一の
平面内に配設されており、これらのパラジウム管２やフ
ィラメント３と、ガードリング４やコレクタ５との間に
は、メツシュ７ノード６が設けられている。
平面内に配設されており、これらのパラジウム管２やフ
ィラメント３と、ガードリング４やコレクタ５との間に
は、メツシュ７ノード６が設けられている。
なお、これらの部材２〜６罰の電気的な接続状態を示す
と、第４図に示すようになる。
と、第４図に示すようになる。
これによりメツシュ７ノード６と、パラジウム管２やフ
ィラメント３のカソード部分との間に電界が形成されて
、負イオンを加速放出することができるが、このままで
は水素の負イオンよりも軽い電子のみが加速されて、負
イオンの引き出しを妨げることになり、更に検出器りに
で検出される情報が電子によるものなのか、水素の負イ
オンによるものなのかわからない。
ィラメント３のカソード部分との間に電界が形成されて
、負イオンを加速放出することができるが、このままで
は水素の負イオンよりも軽い電子のみが加速されて、負
イオンの引き出しを妨げることになり、更に検出器りに
で検出される情報が電子によるものなのか、水素の負イ
オンによるものなのかわからない。
そこで、本装置では、第３，４図に示す方向に磁束密度
Ｂの磁界をかけることにより上記弊害を防止している。
Ｂの磁界をかけることにより上記弊害を防止している。
すなわち二の磁場により電子を水素よりも非常に小さな
半径で回転させてこの電子が検出器り側へ放出されない
ようにしているのである。このことを確認したのが、第
５図である。すなわちこの第５図において、磁界をかけ
ない［Ｂ＝（ｌウス（ｇａｕｓｓ）１の場合（特性曲線
ａ、ｂ参照）に比べて磁界をかけた（Ｂ＝、２９０．ｆ
ウス）場合（特性曲線ｃ、ｄ参照）の方が、コレクタ５
を流れる電流Ｉｃが少ないことから、電子が検出器り側
へ放出されていないこと換言すれば電子と水素負イオン
とが分＃Ｉされていることがわかるのである。
半径で回転させてこの電子が検出器り側へ放出されない
ようにしているのである。このことを確認したのが、第
５図である。すなわちこの第５図において、磁界をかけ
ない［Ｂ＝（ｌウス（ｇａｕｓｓ）１の場合（特性曲線
ａ、ｂ参照）に比べて磁界をかけた（Ｂ＝、２９０．ｆ
ウス）場合（特性曲線ｃ、ｄ参照）の方が、コレクタ５
を流れる電流Ｉｃが少ないことから、電子が検出器り側
へ放出されていないこと換言すれば電子と水素負イオン
とが分＃Ｉされていることがわかるのである。
なお、この第５図において横軸はコレクタ電圧Ｖｃであ
る。
る。
また、パラジウム管２を透過する水素ガスの量を増加す
ると、放出される水素の負イオンが多くなるはずである
が、これを確認したのが第６図である。すなわちこの第
６図において、パラジウム管２内の水素ガス圧を高め透
過する水素ガスの量を増やしてゆくと、コレクタ電流Ｉ
ｃが多くなることから、放出される水素の負イオンが多
くなることがわかるのである。
ると、放出される水素の負イオンが多くなるはずである
が、これを確認したのが第６図である。すなわちこの第
６図において、パラジウム管２内の水素ガス圧を高め透
過する水素ガスの量を増やしてゆくと、コレクタ電流Ｉ
ｃが多くなることから、放出される水素の負イオンが多
くなることがわかるのである。
なお、第６図における圧力ＰＨ２は負イオンとして発生
した水素がその後ケース１の内壁等に衝突して再び水素
のがスＨ２となって排気口１ａから出てくるところの圧
力であって水素の透過量に関係している。
した水素がその後ケース１の内壁等に衝突して再び水素
のがスＨ２となって排気口１ａから出てくるところの圧
力であって水素の透過量に関係している。
また、前述の実験等から、コレクタ電流（Ｈ″を流）と
７７−ド電圧Ｖａあるいは圧力Ｐとの関係を求めてみる
と、第７図（ａ）、（ｂ）のようになった。
７７−ド電圧Ｖａあるいは圧力Ｐとの関係を求めてみる
と、第７図（ａ）、（ｂ）のようになった。
このようにして、本方法の原理およびその有効性が上記
の装置によって確認されたのである。
の装置によって確認されたのである。
なお、前述の実施例では、電子放出体としてフィラメン
ト３が用いられたが、第８図に示すように、バナジウム
やバナジウム等の金属や合金から成る隔壁Ａの低圧側空
間ＬＳにおける表面に、電子放出体として、隔壁Ａ側を
ｎ型半導体とするｐ−ｎ接合部７を設け、これに順方向
バイアス電流を流すことによって生じる負の電子親和力
をもつ表面を用いで、この表面から電子ｅと原子状態に
ある水素（この例の場合は重水素で示しである。この第
８図において以下同じ。）や励起状態にある水素分子と
を発生させることにより、水素の負イオンＤ−を発生さ
せることもで終る。また、第８図中の符号８はバナジウ
ムとバリウムあるいはセシウムから成る表面層を示して
いる。
ト３が用いられたが、第８図に示すように、バナジウム
やバナジウム等の金属や合金から成る隔壁Ａの低圧側空
間ＬＳにおける表面に、電子放出体として、隔壁Ａ側を
ｎ型半導体とするｐ−ｎ接合部７を設け、これに順方向
バイアス電流を流すことによって生じる負の電子親和力
をもつ表面を用いで、この表面から電子ｅと原子状態に
ある水素（この例の場合は重水素で示しである。この第
８図において以下同じ。）や励起状態にある水素分子と
を発生させることにより、水素の負イオンＤ−を発生さ
せることもで終る。また、第８図中の符号８はバナジウ
ムとバリウムあるいはセシウムから成る表面層を示して
いる。
以上詳述したように、本発明の負イオン発生方法によれ
ば、簡単なプロセスでしかも高いガス効率で水素の負イ
オンを発生できる利点が得られる。
ば、簡単なプロセスでしかも高いガス効率で水素の負イ
オンを発生できる利点が得られる。
第１図は本発明の負イオン発生力法の原理を説明するた
めの模式図であり、第２〜８図は本発明の一実施例とし
ての負イオン発生方法を説明するもので、第２図は本方
法の効果を確認するための装置についてその一部を破断
して示す上面図、第３図は第２図のＩＩＩ −１１１線
に沿う断面状態を示す模式図、第４図は上記装置の電気
回路図、第５，６図および第７図（ａ）、（ｂ）はいず
れも本方法の作用を説明するためのグラフであり、第８
図はその電子放出体の他の例を示す模式図である。 １・・ケース、Ｉａ・・排気口、２・・パラジウム管、
３・・フィラメント、４・・ガードリング、５・・コレ
クタ、６・・メ・ンシュア／−ド、７・・ｐ−ｎ接合部
、８・・表面層、Ａ・・隔壁、Ｈ３・・高圧ｍｌ空聞、
ＬＳ・・低圧側空間。 代理人 弁理士 飯 沼 義 彦 第１図 第３図 第４図 ｐｄ
めの模式図であり、第２〜８図は本発明の一実施例とし
ての負イオン発生方法を説明するもので、第２図は本方
法の効果を確認するための装置についてその一部を破断
して示す上面図、第３図は第２図のＩＩＩ −１１１線
に沿う断面状態を示す模式図、第４図は上記装置の電気
回路図、第５，６図および第７図（ａ）、（ｂ）はいず
れも本方法の作用を説明するためのグラフであり、第８
図はその電子放出体の他の例を示す模式図である。 １・・ケース、Ｉａ・・排気口、２・・パラジウム管、
３・・フィラメント、４・・ガードリング、５・・コレ
クタ、６・・メ・ンシュア／−ド、７・・ｐ−ｎ接合部
、８・・表面層、Ａ・・隔壁、Ｈ３・・高圧ｍｌ空聞、
ＬＳ・・低圧側空間。 代理人 弁理士 飯 沼 義 彦 第１図 第３図 第４図 ｐｄ
Claims (1)
- 水素１重水素または三重水素のガスを透過しうる金属か
ら成る隔壁で仕切られた２つの空間の一方に、上記ガス
を充填して高圧側空間を形成するとともに、その他方に
それよりも低いガス圧を保持することにより低圧側空間
を形成して、上記高圧側空間から上記隔壁中を拡散して
上記低圧側空間へ放出される上記ガスに、上記隔壁の上
記低圧側空間における表面またはその近傍で、電子を供
給することによって、上記ガスの負イオンを発生させる
ことを特徴とする、負イオン発生方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192072A JPS5853459B2 (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 負イオン発生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192072A JPS5853459B2 (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 負イオン発生方法 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS5894741A true JPS5894741A (ja) | 1983-06-06 |
| JPS5853459B2 JPS5853459B2 (ja) | 1983-11-29 |
Family
ID=16285159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56192072A Expired JPS5853459B2 (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 負イオン発生方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPS5853459B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1981
- 1981-11-30 JP JP56192072A patent/JPS5853459B2/ja not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5853459B2 (ja) | 1983-11-29 |
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