JPS5954199A - 中性粒子入射装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は核融合装置内に閉じ込められたプラズマを二次
加熱するだめの中性粒子入射装置などに用いる高速シャ
ッタ装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図は高速シャッタ装置を有する中性粒子入射装置の
概略構成図であシ、１０１はイオン源、１０２は中性化
セル、１０３は偏向磁石、１０４はビームダンパ、１０
５は中性気体導入管、１０６は核融合装着の真空容器、
１０７はプラズマ、１０８は高速中性粒子ビームである
。

このような構成の核融合装置１０６内に生成するプラズ
マ１０７に高速中性粒子ビーム１０Ｂを入射して二次加
熱する中性粒子入射装置は、プラズマを生成しそのイオ
ンを加速するイオン源１０１と、この加速された高速イ
オンを荷電交換によシ円滑に高速中性子にするため高速
イオンの標的となる気体の線密度を所定の値に保持する
中性化セル１０２と、これらイオン源１０１と中性化セ
ル１０２に気体を導入する気体導入管１０５と、高速中
性粒子をプラズマ１０７に損失なく導くだめの機器、偏
向磁石１０３、ビームダンノ＋　１　ｏ　４、高速シャ
ッタ装置１００等から構成されている。

ところで、中性化セル１０２において標的気体の線密度
を所定の値に保持するだめには多量の気体を導入する必
要があシ、気体に高速イオン粒子が衝突し主に負電荷イ
オン＃中性粒子の反応が進むが高速イオンは１００チ高
速中性粒子に変換されるわけでは々く、中性化セル１０
２内に導入される中性気体の大部分は中性室温気体とし
て残留Ｌ、この中性室温気体が核融合装置１０６内に流
入するとプラズマ１０７の温度は著しく低下してしまい
、中性粒子入射装置のプラズマ二次加熱という機能が損
なわれる。

このようなプラズマ温度低下の原因となる残留した中性
室温気体を核融合装置１０６内のプラズマ１０７に流入
する量をできるだけ少なくするためには、高速中性粒子
のビーム１０８が通過する時間帯には、これが通る流路
を瞬時に開き、高速中性粒子ビーム１０Ｂの入射が終了
すると瞬時に前記通路を遮断することが必要である。か
かる機能を担う高速シャッタ装置１００は、■シャッタ
の動作が正確で速いこと、■動作に要する時間遅れが小
さいこと、■高速に動かすため動作初期および終期にお
ける過大な慣性に耐え繰返し寿命が大きいこと、■中性
室温ガスを遮断するのにコンダクタンスが十分ニ小さい
こと、■シャッタ開時には確実に流路を開けて高速中性
粒子ぜ−ムを通過させること等が要求される。

従来の高速シャッタ装置ｉｏｏとして第２図のように構
成されたものがある。図中１は高速中性粒子の流路を持
つ真空容器、１ａは真空容器１の開口部、２は開口部１
ａを開閉するシャツタ板、３はシャツタ板２を駆動＠４
で連結して上下に往復駆動するピストン装置、５は駆動
軸４と真空容器１を真空シールするだめの伸縮スルベロ
ーズ、６はピストン装置３を固定する架台、７，８はピ
ストン装置に連結する圧縮流体の供給・排出管である。

ところで、開口部１ａは、複数個設けたイオン源１０１
からの高速中性粒子ビーム１０Ｂを通過させるために十
分大きくする必要がある。

このため、従来の高速シャッタ装置１０．０には次に述
べるような欠点があった。　　　、■　開口部１ａが大
きいので、シャツタ板２のストロークを大きくしなけれ
ば力らない。したがって、シャツタ板２の開閉を迅速に
行って室温中性気体の核融合装置の真空容器１０６ヘ５
− の流入を防止させるには、駆動速度を大にする必要があ
る。従って、シャツタ板２の開時又は閉時における慣性
が過大になりベローズ５が慣性によシ破壊してし甘うお
それがある。

■　開口部１ａが大きいので、シャツタ板２は大きく且
つ重くなる。このため、シャツタ板２を迅速に開閉する
にはピストン装置３に必要な駆動力は大きくなる。しか
しピストン装置３は圧縮気体で作動するので、作動遅れ
が大きく且つ停止の際の衝撃力が大きくなり、このため
繰返し寿命が短い。

また、開口部１ａを通過する高速中性粒子に係る複数個
設けたイオン源１０１は常に全数を作動させるわけでは
ない。しかし開口部１ａは複数個設けたイオン源１０１
全数による高速中性粒子ビーム１０８を通過させるのに
十分な大きさを持つ必要がある。このため従来の高速シ
ャ、り装置１００には次に述べるような欠点があったＯ ■　複数個のイオン源１０１のうち一部分を６− 作動させて高速中性粒子ビーム１０Ｂを入射するときに
も、全数のイオン源１θ１を作動させるときと同じ大き
さの開口部１ａを用いて核融合装置１０６に対して真空
容器１を露出させるので、不必要な室温中性気体をプラ
ズマ１０７に対して流入させることになる。

このため、二次加熱の効果を十分に得ることができない
。

そこで、高速シャッタ装置１００として第３図のように
構成することが考えられる。第３図において第２図と同
じ作用をする部品は同一符号としたので説明は省略する
。１０はシャツタ板２を枢着するピン、９はピン１０を
真空容器１に保持する支え、１１はシャツタ板２に固着
スルレバー、１２はレバー１１にピン１３で駆動＠４に
ピン１４で連結するリンクである。このように構成した
シャッタ装置１００はシャツタ板２の振シ子運動を、短
いレバー１１をリンク１２で駆動軸４の直線運動に変換
して駆動することにより行う。したがって、駆動軸４の
ストロークは開口部１ａが大きくなっても大きくならな
いので、との駆動軸４の上下の駆動運動は小さくてすむ
という長所を有する。しかしこの場合にも次に述べるよ
うな重大ガ欠点を有する。

■　第３図のようにシャッタ装置１０θを構成すると、
開口部１ａが大きくなると、シャッタ板２０重心位置つ
まり撮り子運動の中心位置のピン１０からの距離が大と
なる。すると、振り子運動させるときの回転モーメント
は回転半径の２乗に比例するので、ピストン装置３が駆
動軸４を介してシャツタ板２を根シ子運動させるのに必
要な駆動力は著しく大となる。したがって、ピストン装
置３は圧縮気体で作動するので、作動遅れが大きく、か
つ停止の際の衝撃力が大きいために、繰返し寿命が短い
。

■　開口部１ａが大きくなると、シャツタ板２の大きさ
が大きくなるので、振り子運動によってこれをはね上げ
て開の状態にしたときに必要ガスペースの余裕が大きく
なる。このためシャッタ装置全体は大きなスペースを占
有することになり、中性粒子入射装置はプラズマ保持用
コイルやプラズマ診断装置等の間の狭い場所に設置しな
ければなら々いので、事実上設置が困難になる。

また前述の■の欠点も第２図に示す構成の場合と同様に
有する。

以上のように従来の高速シャッタ装置１００は、シャツ
タ板２の動作に要する時間遅れが太きく、寿命が短かい
。また高速中性粒子ビーム１０８の入射時において迅速
に中性粒子入射装置を核融合装置に対し露出させること
が不可能であり、且つ露出時においてもできるだけ小さ
い開口部１ａを通して高速中性粒子ビーム１０８を入射
して不必要な室温性気体の核融合装置への流入を防止す
ることが不可能である。したがって二次加熱の効果を十
分に生じさせることが困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の欠点を除去するためになされ９− たもので、シャッタの動作が正確で速く、シャッタ動作
に要する時間遅れが十分小さく、繰返し寿命が大きく、
高速中性粒子ビームを最小限の開口部を通して入射する
ことを可能ならしめる高速シャッタ装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記の欠点を除去するために、シャツタ板を粒
子ビームの通過領域に対応して複数個に分割し、この分
割したシャツタ板を各々独立して開閉駆動させるように
したものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明について図面を参照して説明する。

第４図は本発明の第１の実施例を示すもので、図におい
て第２図と同じ作用をする部品は同一符号を付してその
説明は省略する。即ち開口部１ａをシャ、り板で覆うこ
とは従来と同じであるが、シャツタ板として、各々が開
口部１ａの断面積よシ小さい断面積を有する小シャツタ
板２ａと２ｂに分割したシャツタ板２ａと２ｂは、１０
− ものを開口部１８に各々単独に開閉可能に設け、各シャ
ツタ板２ａ、２ｂ毎にシャッタ駆動装置を設ける。この
シャッタ駆動装置杜、複数個設けたイオン源のうち、一
部分のイオン源を用いて高速中性粒子ビームを入射する
ときに、対応するどちらかのシャツタ板２　ｇ、　、　
２　ｂが開閉するように構成する。

次に以上のように構成された装置の作用を説明する。中
性粒子入射装置に複数個設けたイオン源は、各々単独に
高速中性粒子を入射することがある。このとき、高速中
性粒子ビームは開口部ａの断面積の一部分を通過するこ
とになる。

第５図は第４図の開口部１ａ断面積の部分を高速中性粒
子ビームが通過するときの位置関係を示しだものである
。ここで１０８ｇＦｉあるイオン源から生成された高速
中性粒子の通過領域であり、１０８ｂはまた別のイオン
源から生成された高速中性粒子の通過領域である。

本発明によれば高速中性粒子ビーム１０８１Ｌのみを単
独に入射し、高速中性粒子ビーム１０８ｂを入射Ｌｆｉ
いときにシャツタ板２ａのみを開閉し・シャッタ２ｂを
閉じたままにしておくことが可能である。このだめ、第
１図の核融合装置１０６と真空容器１とのコンダクタン
スは、開口部１ａ全部を開いた場合より小さくてすむの
で、高速中性粒子ビーム１０８ａを入射中の室温中性気
体の流入が少々くなる。寸だシャツタ板２ａ１２ｂの開
閉のストロークも小さくなるので、開閉に要する時間が
小となり、高速中性粒子ビーム１０８ａの入射前後の室
温中性気体の流入も減少する。壕だシャツタ板２　ａ　
ｇ　２　ｂの重１゛も小〈々るので開閉速度が増し、こ
れによっても室温中性気体の流入を減少させることが可
能となる。第６図に高速中性粒子ビーム１０８ａのみを
入射するときの核融合装置１０６への室温中性気体の単
位時間当りの流入量を、従来の場合（図のイの曲線）と
、本発明における場合（図の口の曲線）を比較したもの
である。

また本発明においては、従来に比較して、開閉のストロ
ークを小とすることが可能となり且つシャッタ板２ａ、
２ｂの重量を小くすることが可能となったので１．駆動
装置の第４図のピストン３やベローズ５の負荷を軽減す
ることが可能と々っだ。これによりシャッタ板２ａ、２
ｂの開閉の繰返し寿命が大きく、且つ確実性、信頼性共
に十分高くなる。

第７図は本発明の第２の実施例を示すもので、開口部１
ａをシャツタ板２　ａ　、２ｂ　＋　２ｃおよび２ｄで
開閉する構成とし、前述の実施例と同様に各々のシャツ
タ板２ａ〜２ｄに独立した駆動装置を設けた構成にした
ものである。イオン源から生成する高速中性粒子ビーム
の多数を開口部１ａを通過させて核融合装置に入射させ
る中性粒子入射装置において、一部のビームを入射する
場合に特に好都合な構成である。

第８図は本発明の第３の実施例を示すもので、第７図と
同様々構成であるが、複数個のシャッタ２ａ、　２ｂ　
、２ｃおよび２ｄは、開口部１ａと、ここを通過する複
数本の高速中性粒子ビームの通過領域に対応して配置し
て構成したもの１３− である。

第９図は本発明の第４の実施例を示すもので、開口部１
ａをシャッタ板２ａ、２ｂで開閉することは第４図と同
様であるが、シャツタ板２ａ。

２ｂの開閉動作は、各々独立した振り子運動を行わせて
ガる構造としたものである。

第１０図は本発明の第５の実施例を示すもので、開口部
１ａを、シャツタ板２ａ　、２ｂを各各層動軸４ａおよ
び４ｂで独立した撮り子運動させて開閉することは第９
図の場合と同様であるが、撮り子運動の向きをシャツタ
板２ａ。

２ｂでは反対の向きになるようにしたものである。中性
粒子入射装置の設置場所の周囲の状況によって振り子運
動をさせて開口部１ａを用いたときのシャツタ板２ａ〜
２ｄのスペースの余裕が制限されて、シャツタ板２ａと
シャツタ板２ｂを同じ側に撮り子運動させることができ
ないときに有効である。

また、第９図および第１０図に示す実施例においてシャ
ツタ板２ａおよび２ｂを撮り子運動１４− さぜるだめの駆動軸４ａおよび５ａは必ずし□も上下動
を行う必要はない。またこれと同様にシャツタ板２ａお
よび２ｂは、必ずしも垂直方向から左捷だは右に撮り子
運動を行って開口部１ａを開閉する必要はない。即ち、
例えばシャツタ板２ａおよび２ｂは各々水平運動を行う
駆動軸によって水平方向から上捷だは下に振り子運動を
させる構造としてもよい。

また第７〜１０図に示す実施例においては、シャツタ板
２ｔｈ　、２ｂの大きさは同じでなくともよい。即ち、
開口部１ａを通過する複数の高速中性粒子ビームが各々
通過領域の断面積が異なる場合には、シャツタ板２ａお
よび２ｂｌｌ−ｊ：これに対応して異なる大きさに分割
してよい。

さらに第７〜１０図に示す実施例においては、シャツタ
板２ａ＋２ｂの駆動方式は両方とも直線運動かまたは両
方とも搗り子運動によって行う場合で説明したが、シャ
ツタ板を構成する小シャッタ２ａ　、２ｂのうちあるも
のは直線運動により、またあるものは振り子運動により
駆動してよい。

また、第７〜１０図に示す実施例においては、開口部１
ａを通過する複数本の高速中性粒子ビームの一本の通過
領域を一つの小シャツタ板の有効開閉断面積が完全に内
包する場合で説明したが、前記通過領域は小シャツタ板
の複数個を組み合わせた有効開閉断面積が内包するよう
に構成してもよい。これは一本の高速中性粒子ビームの
通過領域が特に大きく広がっている場合に有効である。

またこれとは逆に一つの小シャツタ板の有効開閉断面積
で複数本の高速中性粒子ビームの通過領域を完全に内包
するように構成してもよい。これは、複数の高速中性粒
子ビームが高速シャッタの部分で焦点が集中して有効通
過領域が狭くなっている場合や、シャッタの駆動装置に
余裕があって比較的大きな小シャツタ板を駆動すること
が可能な場合に有効である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、シャツタ板を粒子ビ
ームの通過領域に対応して複数個に分割して開閉する構
成としたので次のよう々効果が得られる。

■　複数個設けたイオン源のうち一部分を用いて高速中
性粒子ビームを入射するとき、このビームの通過領域に
対応したシャツタ板のみを開閉して行うことが可能とな
るので、室温中性気体の核融合装置への流入を著しく低
減することが可能となる。

■　シャッタの開閉のストロークを減少させることが可
能とガり且つシャッタ重量も減少させることが可能とな
るので、シャツタ板の駆動部の負荷を低域することが可
能となり、この結果シャツタ板開閉の繰返し寿命が大き
く、且つ確実性、信頼性をともに十分に高くすることが
可能となる。

従って本発明によれば、中性粒子入射装置の二次加熱の
性能を高める高速シャッタ装置を提供することができる
。

１７−

【図面の簡単な説明】

第１Ｍは高速シャッタ装置を有する中性粒子入射装置の
概略構成を示す縦断面図、第２図は従来の高速シャッタ
装置の一例を示す縦断面図、第３図は従来の高速シャッ
タ装置の第２の例を示す縦断面図、第４図は本発明によ
る高速シャッタ装置の第１の実施例を示す縦断面図、第
５図は第４図の開口部において小シャツタ板の有効開閉
断面積と高速中性粒子ビームの通過領域の位置関係を説
明する縦断面図、第６図は従来の場合と本発明になる高
速シャッタ装置の場合とにおける室温中性気体の流入量
を比較Ｉ−だグラフ、第７図〜第１０図はそれぞれ本発
明による高速シャッタ装置第２〜第５実施例を示す縦断
面図である。 １・・・真空容器、１ａ・・・開口部、２・・・シャッ
タ＆、２　ａ・・・シャツタ板、２ｂ・・・シャツタ板
、２ｃ・・・シャツタ板、２ｄ・・・シャツタ板、３・
・・ピストン装置、４・・・駆動軸、５・・・ベローズ
、６・・・架台、７．８・・・供給、排出管、９・・・
ビンの支持板、１８− １０・・・ぎン、１ノ・・・し／Ｎ　　％　　１２・・
・リンク、１３．１４・・・ピン、１θ０・・・高速シ
ャッタ装置、１０１・・・イオン源、１０２・・・中性
化セル、１０３・・・偏向磁石、１０４・・・ビームダ
ンＪ’？、１０５・・・中性気体導入管、１０６・・・
核融合装置の真空容器、１０７・・・プラズマ、１０８
・・・高速中性粒子ビーム、１０８ａ・・・開口部１ａ
の断面積内で、高速中性粒子ビームの通過領域の占める
部分、１０８ｂ・・・開口部１＆の断面積内で、高速中
性粒子ビームの通過領域の占める部分。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦１９− 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 １フ 第１０図 ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも１本の粒子ビームを通過させる開口部
   を開閉するシャツタ板を有するシャッタ装置において、
   前記シャツタ板の構成は、１つの有効開閉断面積が前記
   開口部の全体の有効断面積より小さく、且つ１つまたは
   複数個の組み合せは前記粒子ビームのうち少々くとも１
   本の通過領域を内包してなる小シャツタ板を複数個組み
   合わせてなり、前記開口部の開閉は前記複数個のシャツ
   タ板の各々を独立して開閉駆動してなることを特徴とす
   る高速シャッタ装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載の開口部の形状が長さ
   が比較的長く幅が比較的狭い場合は、シャツタ板は小シ
   ャツタ板を長さ方向に複数個並べて構成し、この小シャ
   ツタ板の開閉運動は幅方向に往復駆動してなることを特
   徴とする高速シャッタ装置。 （３）特許請求の範囲第１項記載の開口部の形状が長さ
   が比較的長く幅が比較的狭い場合は、シャツタ板は小シ
   ャツタ板を長さ方向に複数個並べて構成し、この小シャ
   ツタ板の開閉運動は長さ方向に往復運動してなることを
   特徴とする高速シャッタ装置。 （４）特許請求の範囲第１項記載の小シャツタ板の少な
   くとも１つの開閉運動は振シ子運動によってなることを
   特徴とする高速シャッタ装置。