JPS6355756B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中性粒子入射装置に係り、特にプラズ
マ閉じ込め方式の核融合装置等に採用するに好適
な中性粒子入射装置に関する。

第１図に従来の中性粒子入射装置の概略を示
す。該図において、１は気体を放電し放電中のイ
オンを引出し加速するイオン源、２はイオン源１
よりイオンだけを選択的に引出す引出加速電極、
３は引出されたイオンの電荷を中性化セルで中性
粒子入射装置用真空容器４内に収納されている。
中性粒子入射装置用真空容器４内にはビームダン
プ６及び内部を真空排気するクライオポンプ９が
収納され、クライオポンプ９は外部の冷凍設備１
０と接続されている。中性粒子入射装置用真空容
器４のイオン源１側とは反対側の端部は内部にプ
ラズマ１２を収納している核融合装置用真空容器
１１に接続される。５は供給ガス源１３より中性
化セル３内にガスパルス導入弁を介してガスを供
給するガス導入系、８は高速中性子ビームの軌
跡、７は電荷交換をしなかつたイオンビームの軌
跡である。

このような構成において、イオン源１から引出
された高速のイオンビームは、中性化セル３内部
に残留、浮遊する気体と衝突し電荷を失ない高速
の中性粒子線となり、ターゲツトとなるプラズマ
１２に入射され、プラズマ１２を加熱するもので
ある。

ところで、中性化セル３内での中性化効率を良
くするために、供給ガス源１３よりガス導入系５
を介して中性化セル３にガスを導入し、イオン源
１からの大エネルギーイオンビームを中性ガスと
衝突させ、中性粒子ビームを得るようにしてい
る。

しかし、通常は導入ガスの温度管理はしていな
いため、有効な中性化効率を得るためにはガス流
量を多くする必要がある。このため装置に付設さ
れる排気設備に対するガス負荷が増大し、設備が
巨大化する。また従来真空排気にクライオポンプ
９が使われているが、クライオパネルへの熱負荷
も増大し、冷凍設備容量が巨大なものになつてし
まう。

即ち、中性化セル３には、イオン源１から引出
された高速イオンと残留ガスとを効果的に衝突さ
せるため、所定の圧力を確保する必要がある反
面、中性粒子ビーム引出し後は効率よくプラズマ
１２に入射するため、超高真空としておく必要性
から大排気の排気装置が必要となる。中性化セル
３の圧力は、導入ガス量と上記排気速度との兼ね
合いで決まるが、中性化セル３でのガスの流れや
すさ（コンダクタンス）にも依存する。しかし、
この中性化セル３のコンダクタンスは幾何学的形
状により決定され、また、幾何学的形状はイオン
源他の要因で決まつてしまう。

ここで中性化セル３として円筒を考えると、こ
のコンダクタンスC_N1は ただし ｄ：円筒の直径 ｌ：円筒の長さ Mg：導入ガスの質量数 Ｔ：導入ガスの温度 である。

尚、ここでｄ、ｌは幾何学的形状で決まるもの
であり、大容量のビームを得るためにはｄを大き
く、ｌを短くする方が好ましいし、Mgは目的と
する試験により決められるものである。

従つて、導入ガスの温度をできるだけ低い温度
とし、幾何学的形状的にはイオンビームの通り易
い状態のままでコンダクタンスC_N1を低下させる
ことがひいてはガス供給量を低し、かつ、中性化
効率を上げることができる。

ところで、中性化セルのガス消費量対策の一案
として、中性化セル自体を低温に冷却することに
より中性化セル壁に衝突したガスの温度を下げ、
ガスの運動速度を下げようとする試みもあるが、
中性化セルはイオン源の引出し電極のすぐ後方に
設けられるもので、イオン源からの熱から充分な
冷却は構造上難しいものとなるばかりか、ガスと
中性化セルの繰返し衝突を期待しているので、効
率の点でも有効性がとぼしい。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、少ないガス供給量で中性化
セル中の圧力を保持すると共に、イオンビームの
中性化効率を向上させることのできる中性粒子入
射装置を提供するにある。

本発明は気体を放電し放電中のイオンを引出し
加速するイオン源より引出加速電極を介して引出
されたイオンの軌道途中に設けられ、イオンの電
荷を中性化する中性化セル内へ外部よりガスを導
入するガス供給手段の途中にガス冷却装置を設
け、このガス冷却装置で冷却した後、ガスを中性
化セル内に導入することにより所期の目的を達成
するように成したものである。

以下、図面の実施例に基づいて本発明を説明す
る。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用
する。

第２図に本発明の一実施例を示す。その概略構
成は従来のものとほとんど同様のためここでの詳
細説明は省略する。

該図に示す本実施例では、中性化セル３内にガ
スを供給するガス導入系５の途中にガス冷却装置
１４を設け、ガス源１３より出た供給ガスは、ガ
ス冷却装置１４を介して低温に冷却されガス導入
系５を通して中性化セル３内に導入されるように
したものである。このような本実施例とすること
により、低温ガスは常温ガスに比べ中性化セルに
留まつている時間が長くなるので、供給ガス量を
多くすることなく、中性化セル３中の圧力を保持
できると共にひいては、イオン源から引出される
イオンを効率よく中性化することが可能となる。

第３図及び第４図はガス冷却装置の一例を示
す。第３図に示すものはガス源１３からのガスを
液化ガス容器１５内に収納されている液化ガス１
６で冷却するようにしている。例えば液化ガスと
して液体窒素を使いれば、常温に比べコンダクタ
ンスは 即ち約1/2となり、ガス供給量の減少が図れる
とともに、クライオパネルへの熱負荷も減少でき
る。第４図に示すものは、ガス冷却装置１４をヘ
リウムコンプレツサ１７で圧縮されるヘリウム冷
凍機１８で冷却しているもので、これによる効果
は第３図と同等、若しくはそれ以上の効果が期待
できる。

以上説明した本発明の中性粒子入射装置によれ
ば、中性化セル内へ外部よりガスを導入するガス
供給手段の途中にガス冷却装置を設け、このガス
冷却装置で冷却した後にガスを中性化セル内に導
入するようにしたものであるから、低温ガスが中
性化セル内に留まる時間が長くなるので、供給ガ
ス量を多くすることなく中性化セル内の圧力を保
持できると共に、イオン源から引出されるイオン
を効率よく中性化することが可能となり、此種中
性粒子入射装置に採用する場合には非常に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の中性粒子入射装置を示す概略構
成図、第２図は本発明の中性粒子入射装置の一実
施例を示す概略構成図、第３図及び第４図は本発
明に採用されるガス冷却装置の一例を示す図であ
る。 １……イオン源、２……引出加速電極、３……
中性化セル、４……中性粒子入射装置真空容器、
５……ガス導入系、６……ビームダンプ、７……
イオン軌道、８……中性粒子軌道、９……クライ
オポンプ、１０……冷凍設備、１１……核融合装
置本体、１２……プラズマ、１３……ガス源、１
４……ガス冷却装置、１５……液化ガス容器、１
６……液化ガス、１７……ヘリウムコンプレツ
サ、１８……ヘリウム冷凍機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気体を放電し放電中のイオンを引出し加速す
   るイオン源と、該イオン源より引出加速電極を介
   して引出されたイオンの軌道途上に設けられ、該
   イオンの電荷を中性化するための中性化セルと、
   該中性化セルで中性化された中性粒子を被入射装
   置へ導く真空管と、前記中性化セルの途中に外部
   よりガスを導入するガス供給手段とを備えた中性
   粒子入射装置において、前記ガス供給手段の途中
   にガス冷却装置を設け、該ガス冷却装置で冷却し
   た後ガスを前記中性化セル内に導入することを特
   徴とする中性粒子入射装置。 ２ 前記ガス冷却装置での冷却は液化ガスにより
   行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の中性粒子入射装置。 ３ 前記ガス冷却装置をヘリウム冷凍機としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の中性
   粒子入射装置。