JPS63202897A - 高電圧直流電源装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高速の中性粒子を発生する中性粒子入射装置
に高電圧を供給する高圧直流電源装置に係り、特に高圧
直流電源装置に存在する浮遊静電荷のエネルギを吸収す
る高電圧直流電源装置に関する。

（従来の技術） 核融合の実験装置に使用される中性粒子入射装置（以下
、ＮＢＩと略称する）は、水素原子等をイオン化し、直
流高電圧を印加してこのイオンを加速し、さらに水素原
子等に衝突させて荷電粒子交換によシ高速の中性粒子（
例えば水素原子）を発生させるものである。

第２図に、ＮＢＩに電力を供給する従来の高圧直流電源
装置の構成図である。第２図において１は高圧直流電源
、２は高圧直流電源１の負荷となるイオン源で、このイ
オン源２の内部には、加速電極３ａ、接地電極３ｂが所
定の間隔をもって配置され、それぞれ第１の給電線４ａ
、４ｂを介して高圧直流電源ｌの「副側、「−」側に接
続されている。なお、「−」側の給電線４ｂは大地に接
続されている。５は、絶縁変圧器６を介して供給される
交流電力を例えば１０〜２００Ｖ程度の電圧で数ｋＡの
電流の直流電力に変換し、この電力を、第２の給１！線
７を介してイオン＃ｉ２における水素原子等をイオン化
するためのアーク・フィラメントなどに供給する低圧大
電流の直流電源である。そこで、給電線７はイオン源２
における負荷の個数に対応して設けられるもので、その
本数は数１０本におよぶ場合もある。そして、この給電
線７は低圧、大電流をイオン源２に送るなめ電圧降下、
発熱を考慮してその１本当りの導体断面積は大きくなっ
ている。なお、直流電源５は、電位固定線８を介して給
電線４ａに接続されて、高圧直流電源１の［副側の電位
に固定さｎる。したがって直流電源５は大地から高電圧
に浮いた状態で使用される。絶縁変圧器６ではその高電
位側巻線６ａが直流を源５に接続され、低電位側巻線６
ｂが外部の交流電源に接続されている。９は絶縁変圧器
６の筐体を示しておシ、この筐体９の接地端子９ａは大
地と接続されている。

ところで、このような装置には、浮遊静電荷が存在する
。すなわち、絶縁変圧器６の高電位巻線６ａが大地に対
して持っている浮遊静電荷１ｏおよび給電線４ａが大地
に対して持っている浮遊静電荷１１である。なお、浮遊
静電荷１０．ＩＩはコンデンサの記号をもって示しであ
る。

そこで、イオン源２においてイオンを加速する場合は、
加速電極３ａと接地電極３ｂとの間に高圧直流電源１に
より高電圧を加えて強電界を発生させ、この強電界によ
シ水素イオン等を加速する。

このように強電界を発生させるため、これら電極３ｍ、
３ｂ間の間隔は狭くなっておシ、シばしば電極３ｈ、３
ｂ間で放電現象が発生する。このため従来は、放電現象
が発生したとき高圧直流電源１からの電力供給を（μｓ
ｅｃ　）オーダで停止させていた。

しかし、放電が生じ電力供給を停止しても浮遊静電荷１
０．１１によシ短絡電流ＩＩＩが第２図に示すように流
れ、この短絡電流工、の大部分が電極３ｍ、３ｂで熱エ
ネルギとして消費さｎる。ところが、を罹３ａｓ３ｂは
薄板状に形成されているため、わずかな浮遊静電荷のエ
ネルギ（例えば数１０ジェール〜数１００Ｘ）エール）
でも破損されてしまう。そこで、わずかな浮遊静電荷エ
ネルギを何らかの手段により除去、吸収することが要望
されていた。

第３図は浮遊静電荷エネルギを吸収する手段を設けた従
来の高圧直流電源装置の構成図である。

なお、第２図と同一部分には同一符号を付してその詳し
い説明は省略する。第３図に示す装置では、浮遊静電荷
エネルギによる短絡電流ＩＢを減少するために、中空円
筒状で所定の厚をもって形成し九磁性体２０をその中空
部に給電線４ａおよび７を貫通させて設け、さらにこの
磁性体２０に抵抗２１を接続した２次巻線２２を設けで
ある。し九がって、２次巻線２２と磁性体２０介して給
電線４ＩＬ。

７を１次巻線とする変圧比１対１の変圧器が形成される
ことになる。

そこで、イオン源２の電極３ａ、ｓｂ間に放電が発生す
ると、浮遊静電荷１０．１１によシ短絡電流工、が流れ
るが、誘電作用によシ磁性体２０ｆ：介して２次巻線２
２に工、と同程度の電流ＩＲが流れる。これにより、浮
遊静電荷１０．ＩＩの大部分のエネルギが抵抗２１によ
り消費されることになる。しかし、これは理想的な変圧
器の作用であり、実際には、磁性体２０の内部磁束を発
生させる励磁電流分によシ影響を受ける。つまり、磁性
体２０の励磁インダクタンスをり、浮遊静電荷の初期電
圧を■。、磁性体２０の極間に電圧が加わる時間をΔＴ
、流れる励磁電流をＩＬとすると、■。×ΔＴ＝ＬＸＩ
、　　　　　　　　　　・・・（１）なる関係が成立す
る。今、ｖｏ〜１００ｋＶ、　　ΔＴ〜ｌμｓｅｃ、Ｌ
ｊ”Ｗ数１０μＨとすると、第（１）式は、となり大き
な値を示す。したがって、この励磁電流工、により誘導
されて電極３ｍ、３ｂに電流が流れ、これにより電極３
ｈ、３ｂが破損する恐れがある。

（発明が解決しようとする問題点） したがって、励磁電流工、を低減するためには、第（２
）式から判るように励磁インダクタンスＬを大きくする
か、初期電圧ｖ０、時間ΔＴを小さくするしかない。し
かし、ｖｏはＮＢＩの性能に関係するものなので小さく
することは不可能である。またΔＴも、他の回路定数と
関連して定まる定数なので小さくすることは不可能に近
い。

一方、励磁インダクタンスＬは、磁性体２０の外形寸法
に依存し、特に全長に比例する。したがって、励磁電流
ｌＬを減少させるには、磁性体２０の全長を長くすれば
よいことになる。ところで、現在使用されている磁性体
２０の全長は１〜２ｍ程度である。一方イオン源２に設
定された短絡電流の許容電流値はおよそ数１０ＯＡであ
る。したがって、この許容電流値内におさえるには、磁
性体２０の全長を現在のものよシも約１０倍に長くしな
ければならない。

このなめ、磁性体２０を設置するスペースを大きくしな
ければならない。そのうえ、高い領域での周波数特性が
よいフェライトコアを多く使用することになるので、経
済的な面でも問題がある。

一方、磁性体２０に代えて巻線を使用する方式も考えら
れたが、給電線７のような大電流が流れ、その断面積が
大きい線路を数１０本貫通させなければならないので、
これも経済的に問題がある。

いずれにしても、経済的に問題があり、コンパクトなも
のではない。

そこで本発明は、浮遊静電荷のエネルギをコンパクトで
、かつ経済的なもので吸収し得る高電圧直流電源装置を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、イオンを加速して高速の中性粒子を発生する
イオン源の加速電極および接地電極間に第１の給電線を
介して高電圧を加える高圧直流電源と、変圧器を介して
供給された交流電力を直流電力に変換してイオン源の原
子をイオン化する九めのフィラメントに第２の給電線を
介して供給する大電流直流電源とから構成される高圧直
流電源装置において、変圧器、大電流電源、第１および
第２の給電線およびイオン源から形成される閉ループ回
路と大地との間にエネルギ消費用素子を設けて上記目的
を達成しようとする高電圧直流電源装置である。

（作用） このような手段を備えたことによシ、加速電極と接地電
極との間に放電が発生したときに、交流電力を大電流直
流電源へ供給する変圧器から大電流直流電源、さらにこ
の直流電源から第２の給電線および高圧直流電源から加
速電極に高電圧を供給する第１の給電線を通してイオン
源に到って形成される閉ループ回路に浮遊静電荷による
電流が流れると、この電流はエネルギ消費用素子におい
て消費される。

（実施例） 以下、本発明に係る高電圧直流電源装置の一実施例につ
いて第１図を参照して説明する。なお、第２図と同一部
分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。第
１図に示す高電圧直流電源装置は、浮遊静電荷のエネル
ギを消費するために、変圧器６における筐体９の接地端
子９ａと大地との間を、エネルギ消費用素子としてのエ
ネルギ消費用抵抗３０を介して接続した構成となってい
る。

なお、変圧器６の筺体９は、大地に対してがいしなどで
絶縁されている。

次に、第１図に示すように構成された装置の特に浮遊静
電荷エネルギを消費する作用について説明する。高圧直
流電源１から第１の給電線（ａ。

４ｂを通してイオン源２の加速電極３ａと接地電極３ｂ
との間に高電圧が加えられるとともに、直流電源５から
第２の給電線７を通してイオン源２のアーク・フィラメ
ントに大電流が流されると、イオン源２においては、例
えば水素原子をイオン化し、このイオンを加速電極３ａ
と接地電極３ｂとの間に発生する強電界により加速して
水素原子に衝突させ、荷電粒子交換により高速の中性粒
子を発生している。

このような状態にありてイオン源２の加速電甑３ａと接
地電極３ｂとの間で放電が発生すると、浮遊静電荷１０
．１１によシ、変圧器６、直流電源５、給電線４ａおよ
び７、イオン源２、大地およびエネルギ消費用抵抗３ｏ
から形成される閉ループ回路に短絡電流輸が流れる。し
かし、この短絡電流Ｉ８はこの消費用抵抗３ｏにょシミ
力として消費される。つまり、浮遊静電荷１０．ＩＩの
エネルギは、その大部分が熱として消費されることにな
る。なお、このときエネルギ消費用抵抗３゜の両端には
瞬間的に電圧が現われて、変圧器６の筐体８の電位は大
地に対して浮くことになるが、筐体８は大地に対してが
いし等で絶縁されているためその影響は受けない。

このように本装置においては、変圧器６の筐体９と大地
との間をエネルギ消費用抵抗３ｏをもって接続したので
、加速電極３ａと接地電極３ｂとの間に放電が発生し、
浮遊静電荷１０．１１により短絡電流工、が流れてもこ
の電流Ｉ８はエネルギ消費用抵抗３０によフ熱として消
費（吸収）されてしまい、加速電極３ａと接地電極３ｂ
とを破損することはなくなる。そして、従来のもののよ
うに磁性体を設置するようなこともなく、この磁性体の
励磁電流の影響などは考える必要がない。したがって、
従来のものよフもその構成が簡単であり、エネルギ消費
用抵抗３０は第２図に示す装置に用いた抵抗２１と同一
のものでもよい。

なお、本発明は、上記一実施例に限定されるものではな
い。例えば絶縁変圧器６が静電シールドあるいは混触防
止板を有するものであｎば、これら静電シールドあるい
は混触防止板の引き出し端子を絶縁変圧器６の内部ある
いは外部において筐体９の接地端子９ａと接続し、さら
にこの接地端子９ａと大地との間をエネルギ消費用抵抗
を介して接続してもよい。このように構成すれば上記浮
遊静電荷１０．１１だけでなく、変圧器６の高電位巻線
６ａと静電シールドとの間の浮遊静電荷のエネルギおよ
び高電位巻線６ａと混触防止板との′間の浮遊静電荷の
エネルギをも吸収できる。

ま九、給電線４ａ、７が金属性の構築物または板で覆わ
れている場合は、これら金属性の構築物または板の接地
端子と大地とをエネルギ消費用抵抗を介して接続しても
上記一実施例と同様の効果を奏することができる。

なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で変形するこ
とが可能である。

［発明の効果］ 本発明によれば、イオン源において放電が発生し之とき
の浮遊静電荷による短絡電流が流詐る閉ループ回路にエ
ネ／Ｌ／ギ消費用素子を設けたので、浮遊静電荷のエネ
ルギをコンパクトで、かつ経済的なもので吸収し得る高
電圧直流電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高電圧直流電源装置の一実施例を
示す構成図、第２図は従来装置の構成図、第３図は浮遊
静電荷のエネルギを吸収する装置を設は次従来装置の構
成図である。 Ｉ・・・高圧直流電源、２・・・イオン源、３ａ・・・
加速電極、３ｂ・・・接地Ｍ、極、４ｍ、４ｂ・・・給
電ひ、５・・・直流電源、６・・・絶縁変圧器、７・・
・給電線、３０・・・エネルギ消費用抵抗。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオンを加速して高速の中性粒子を発生するイオン源の
   加速電極および接地電極間に第１の給電線を介して高電
   圧を加える高圧直流電源と、変圧器を介して供給された
   交流電力を直流電力に変換して、前記イオン源の原子を
   イオン化するためのフィラメントに第２の給電線を介し
   て供給する大電流直流電源とから構成される高圧直流電
   源装置において、前記変圧器、前記大電流直流電源、前
   記第１および第２の給電線および前記イオン源から形成
   される閉ループ回路と大地との間にエネルギ消費用素子
   を設け、前記加速電極および前記接地電極間に放電が発
   生したときの前記閉ループ回路に流れる浮遊静電荷によ
   る電流を前記エネルギ消費用素子に消費させることを特
   徴とする高電圧直流電源装置。