JP2001523010A - ゲートバルブの脈動が付いた慣性静電気閉じ込め（ｉｅｃ）融合装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より高い中性子の歩留まりを達成して、より高い中性子束を必要とする分野まで応用を広げること。 【解決手段】 脈動ゲートバルブ・グリッド（ＧＶＰ）を使用する、定常球体慣性静電気閉じ込め（ＩＥＣ）構成の設計を基礎とする脈動中性子／陽子源であって、該ＩＥＣ−ＧＶＰ装置は、陽極としての役割を果たす地絡された電導容器と、高圧電源に接続されている中央陰極グリッドまたは第１グリッドから成る。さらに中間の第２グリッドと外側の第３グリッドが、該容器の中で中央陽極に対して同心的に配設されている。電子抽出機器／放出器装置が、該容器の周辺に対してほぼ左右対称に配設されており、また電子抽出装置転向装置グリッドと、装置の中でのタイミングが合わされたイオンの流れを促進するのに貢献する電子放出装置から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、ゲートバルブの脈動が付いた慣性静電気閉じ込め（ＩＥＣ）融合装
置および方法に関する。

【０００２】 本出願は、出願年月日が、１９９７年１１月１２日である米国仮出願番号ＳＮ ６０／０６４，８０１からの国内優先権を主張し、該出願の全内容は、引用に
より本明細書の中に組み込まれている。

【０００３】

【従来の技術】

中性子活動分析（ＮＡＡ）のような応用の中の定常２．５−ＭｅＶ Ｄ−Ｄ中
性子源として使用するための慣性静電気閉じ込め（ＩＥＣ）装置は、公知であり
、また球体ＩＥＣ構成は、米国特許出願番号ＳＮ ０８／２３２，７６４の継続
出願であり、現在放棄されている米国特許出願番号ＳＮ ０８／７３０，５７８
の中で開示されており、該出願の双方は、引用により本明細書の中に組み込まれ
ている。

【０００４】 図１の中で示されているこのＩＥＣ装置１は、地絡された陽極としての役割を
果たし、またガス供給パイプ４とバルブ５を経由してガス源（図示されていない
）に接続されているガス流入ポート３から成る複数のポートを有する球形の真空
チャンバ２、から成る。容器に流入するガスは、重水素、三重水素とＨｅ−３の
ような単特成分あるいは混合成分から成る融合可能なガスである。第２ポート６
は、真空ポンプ（図示されていない）に接続されており、第３ポート７は、高圧
フィードスルー９を経由して高圧電源８に接続されている。

【０００５】 ワイヤーあるいは羽根型構造とすることができる、球面２の中心の所にあるグ
リッド１０は、できれば８０−９７％であることが好ましい幾何学的透明性を有
しており、また高圧電源８に接続されており、該電源は、放電を開始し維持する
役割を果たす高圧マイナスポテンシャルを提供する。該グリッドは、実際は、イ
オン加速器、プラズマターゲット装置として運転される。

【０００６】 既製の市販のバージョンは、携帯可能な、１０⁶−１０⁷ｎ／ｓのレベルの定常
生成物を有する寿命の長い中性子源を提供している。その低いコスト、安全性と
許可での利点により、これ等の市販のＩＥＣ装置の目的は、カリフォルニウム２
５２、と小型の加速器個体ターゲット装置のような現行のＮＡＡ中性子源に取っ
て替わることである。

【０００７】 図１の中で示されているとおり、運転中に、加速され、真空の容器の中の中心
に置かれた球形グリッド１０により中心点に焦点が合わされたエネルギーの強い
イオンにより、非中性、非マクスウェル的プラズマが、ＩＥＣの中で生成される
。選択されたガスで真空チャンバを希望する圧力（≦１０^-5トル）で充填した後
で、イオンが生成されてから、グリッド１０と容器２の壁面の間のプラズマ放電
から抽出されるように、グリッド１０に高圧マイナス電圧（通常５０−８０ｋＶ
）を掛けることでプラズマ放電が、形成される。

【０００８】 中性子の応用のために、２．４５ＭｅＶあるいは１４ＭｅＶ中性子をそれぞれ
与えながら、重水素あるいは重水素−三重水素混合物が使用される。エネルギー
の高い陽子の生成のために、重水素−ヘリウム−３の混合を有するガスが、使用
される。正しい条件下では、グリッドに幾何学的透明性より大きい実際の透明性
と、また二つの内部のグリッドに対してグリッドの開口部の半径方向の整合を設
けるように設計することで、グリッド１０の諸開口部の間で形成されるイオンの
小さいビーム（マイクロチャネル）を発生させ、図２の中で示されている“スタ
ー”モードと呼ばれるものを生成させることができる。

【０００９】 そこで、ビームが収束する所である球形の中心に密度の高いプラズマの芯の領
域が、形成され、該芯の領域の中に強い核融合反応速度が作り出される。マイク
ロチャンネルには、イオンを集中させることとイオン・グリッド衝突を最小限度
に抑えるという二つの利点がある。

【００１０】 イオン電流が、中央プラズマ領域の中に強い仮想陽極を作り出すのに充分な場
合に、独特のプラズマポテンシャル構造物が、ＩＥＣプラズマの中に作り出され
る。該ポテンシャルは、図３の中で示されているとおり、電子を加速して芯領域
の中心の所に収束させ、仮想陰極を構成する。該構造物は、“ポテンシャルの谷
”の中に捉えられたエネルギーの強いイオンが、高い融合速度を作り出すので、
ＩＥＣの運転に非常に役立つ“二重”のポテンシャルの谷と呼ばれる装置を横断
してポテンシャル分布を生ずる。

【００１１】 実施に当たっては、広げられた分布機能は、図３の中で示されている、単エネ
ルギー・イオンと電子による、無視できる角方向モーメントが示されている、理
想的なＩＥＣ構成の中の仮想電極構造物が該タイプの“二重ポテンシャルの谷”
構造物を簡素化する。該ポテンシャル分布構造物は、実際のシステム実施の中で
双方のエネルギー角分布が広げられるにつれて、広げられる。

【００１２】 前記で説明されているとおり、基本的ＩＥＣのコンセプトは、グリッドのマイ
クロチャネルにより“スター”モード放電を作り出す該グリッドの設計を使用す
ることである。この取り組みで、簡素化、良好なイオン集中と、またグリッドの
寿命の改善を行うことができる。グリッドのポテンシャル構造物と対応するイオ
ン“光学的特性”により形成される該マイクロチャネルで、イオンの集中を改善
し、その結果グリッドの寿命を延ばすことができる。前記で説明されてるとおり
、高いイオン電流での該改善された集中により、中央芯領域の所での強い二重ポ
ーテンシャル谷の生成を助けて、著しく融合反応速度を高めることができる。

【００１３】 高い歩留まりの運転に必要なタイプの左右対称構成は、現在携帯用ＮＡＡ応用
のために市販されているＩＥＣ装置に使用されている。非左右対称設計も、また
可能であり、有用である。たとえば、引用により本明細書の中に組み込まれてい
るＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９７／１９３０６の中で説明されているとお
り、“ジェット”モードでの運転中に、非左右対称ビームが、ポテンシャル谷構
造物のなかに捉えられてから、拡大されたグリッドの開口部により該谷の中で生
成された“ホール”を経由して、向け直される。該構成を、材料処理と、また宇
宙衛星軌道修正のための低出力反動推進エンジンに応用できる。

【００１４】 もう一つの非融合の例では、引用で本明細書の中に組み込まれているＰＣＴ国
際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９７／００１４７の中で開示されているとおり、メタン
から効率的なフルレンの生成を必要とする。該場合の中で、ＩＥＣポテンシャル
谷構造物は、より深い中央溜の中でカーボンイオンを凝縮することで、水素イオ
ンを外に移動して、Ｃ−６０連鎖の形成を促進することができるようにするため
に使用されている。引用で本明細書の中に組み込まれているＰＣＴ国際出願番号
Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ９７／１９３０７の中で開示されているとおり、ＩＥＣ装置
を、またＸ線源として使用することができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】

ＩＥＣ開発の目的は、最終的には、将来の動力反応装置と宇宙の推進に必要な
高い歩留まり装置に向かう、中性子生成の効率を改善することである。

【００１６】 したがって、本発明の目的は、従来のＩＥＣ装置の性能を高めて、より高い中
性子の歩留まりを達成して、中性子断層撮影、アイソトープ生成品、爆発／地雷
探査、と油田検層のようなより高い中性子束を必要とする分野まで応用を広げる
ことである。事実、原則として、たとえより高い反応速度が達成できたとしても
、それは究極的にＩＥＣを基礎とする融合出力装置にたどり着く。

【００１７】 本発明のもう一つの目的は、従来のＩＥＣビームの動作を維持しながら、他方
でイオン電流を、定常ＩＥＣ運転中に、現在の１０−１００ミリアンペア・レベ
ルより大きくすることである。

【００１８】 本発明のもう一つの目的は、結果として多量の中性子あるいは陽子あるいはそ
の双方を生成する、高いエネルギーのイオンの反復する脈流を容易にまた効率的
に生成する方法を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

より高い中性子の歩留まりを得る鍵は、従来のＩＥＣビームの動作を維持しな
がら、現在の１０−１００ミリアンペア・レベルより大きくイオン電流を高める
ことである。融合反応速度が、イオン電流の２乗あるいは３乗以上の電力で増加
するので、イオン電流を、マルチアンペアの数値領域に増やすことができるとす
れば、融合反応速度を、現在の装置の該速度を複数の次数の大きさで超えさせる
ことができる。また該レベルの所で、エネルギーの強いイオンを捉え、その結果
イオンを閉じ込めて、反応速度と出力効率を高める二重ポテンシャル谷が、中央
芯領域の中で形成されることが期待される。

【００２０】 この結果を達成するのに当たって、本発明は、毎秒１０¹¹−１０¹⁴の領域で時
間平均化された中性子あるいは陽子源あるいはその双方を与える、該高い反応速
度に必要な高いイオン電流を達成するための実施可能な方法を提供するゲートバ
ルブ脈動（ＧＶＰ）技術を使用する。 本発明の脈動ＧＶＰ−ＩＥＣは、二つの異なる技術に従った脈動を想定してい
る。第１の技術は、低い反復速度のＧＶＰ（ＬＲ−ＧＶＰ）の運転であり、第２
の技術は、共振イオン駆動発振（ＲＩＤＯ）ＧＶＰ運転と呼ばれる調整された高
い周波数の脈動である。

【００２１】 構造的には、双方のＧＶＰ−ＩＥＣの設計で、以前に米国特許出願番号Ｓ．Ｎ
． ０８／２３２，７６４の中で開示された、定常球形ＩＥＣ構成の改造された
バージョンが使用されている。より具体的には、ＩＥＣのＬＲ−ＧＶＰとＲＩＤ
Ｏ−ＧＶＰバージョンの双方は、希望するイオン電流まで増加させる脈動する電
源と組み合わせて、電子放出装置と、電子誘導グリッドと、またゲートバルブグ
リッドから成る“ゲート”グリッドシステムを利用する。

【００２２】 運転中に、本発明のゲートバルブグリッドは、当初、ＩＥＣ装置のソース領域
の中の電子−中性子の衝突で生成されるイオンを維持するか“保存”するために
偏向させられている。その後、ゲートバルブグリッド上の電圧は、中央の高圧陰
極グリッドにより“保存された”イオンの抽出、加速と融合を行うことができる
ようにするために突然減らされる。融合生成品（中性子あるいは陽子あるいはそ
の双方）の希望する脈動が、得られた後で、該ゲートバルブグリッドは、その当
初の偏向させられた状態に戻り、該手続きは、希望する時間平均中性子／陽子束
を達成するのに充分な、一般的に１００から１０００Ｈｚの速度の“低”脈動反
復速度運転で反復される。

【００２３】 ＲＩＤＯ−ＧＶＰ技術の中で、脈動は、システムのイオン再循環時間に合わせ
て（一般的にＭＨｚの範囲で）調整された周波数で実施される。該調整で、イオ
ンの集中と再循環イオン・ビームを重ねることでより高いイオン電流とすること
ができる。該場合では、該調整は、取り入れられた電源を、たとえば、１−１０
ＭＨｚの範囲の周波数の間で掃引しながら、中性子速度をモニターすることで特
定のＧＶＰ−ＩＥＣ装置の中に設定される。装置イオン再循環周波数との共振は
、著しい中性子生成の増加により知らされる。一旦選択されると、該共振周波数
を、該特定の装置の、つぎの運転のために保持させることができる。イオン再循
環周波数が、装置のパラメータにより左右されるので、異なるＧＶＰ−ＩＥＣ装
置が使用される場合は、該手続きを、反復しなければならない。

【００２４】 該二つのモードの何れかで運転されるＧＶＰ−ＩＥＣコンセプトの利点は、よ
り高い融合反応速度を達成して、他のＩＥＣを脈動させることができる方法と比
較して簡単な脈動システムを使用しながら出力効率を改善することができること
である。

【００２５】 従来のＩＥＣ脈動コンセプトでは、一般的に、中央陰極の直接脈動あるいは電
子放出装置の脈動が使用された。該陰極の直接脈動と比較して、たとえば、ゲー
トバルブグリッドとしての、１００−５００Ｖ対直接方法としての、５０−１０
０ｋＶの、かなり低い脈動電圧が必要である。電子放出装置を脈動させることで
、また比較的低い脈動電圧が可能である一方で、該方法では、締切弁グリッドで
の取り組みで行うことができるような、脈動に先だってイオンの蓄積（保存）を
行うことができない。

【００２６】 ＬＲ−ＧＶＰの運転中に、ゲートバルブイオン“注入”システムは、イオンを
生成するための保持できる縁イオン化源ＩＥＣチャンバの周辺に設けられた電子
放出装置を使用する。電子放出装置の場所と数は、一般的に、イオン化体積の中
の選出平均自由行程と等しい放出装置分離を必要とする、イオン化体積の中でほ
ぼ均一の選定密度を維持するように選択される。

【００２７】 したがって、電子−中性子イオン化衝突によりイオンのかなり均一な密度が、
該体積の中で生成されるが、無作為に中央ポテンシャル谷に入る代わりに、該方
法で生成された諸イオンは、ゲートバルブ上の電圧が、突然１００Ｖまで減圧さ
れるまで（ゲートバルブを“開き”）、チャンバ壁面とゲートバルブの間の体積
の中で保持される。該動作により、高圧（〜５０−１００ｋＶ）陰極グリッドで
生成された電気磁場の影響の下でイオンを芯に流し込むことができる。したがっ
て、該中央陰極のポテンシャルは、脈動の該段階の間に、イオン抽出機構の役割
を果たす。

【００２８】 ＲＩＤＯ−ＧＶＰを運転することで、イオン・ビームを集中し、組み合わせる
ことで、低周波数ＧＶＰ運転より高いイオン電流を得ることができる。したがっ
て、ＲＩＤＯ−ＧＶＰには、高周波回路の追加と、またプラズマ芯の中の電力を
増幅するための連続するイオン波頭のタイミングに対する精密度が必要である。
衝突放電機構は、イオン分布で重要な役割を果たすので、正確な調整が必要であ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】

以下、この発明にかかるゲートバルブの脈動が付いた慣性静電気閉じ込め（Ｉ
ＥＣ）融合装置および方法の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

【００３０】 ＩＥＣ−ＧＶＰ装置１１は、図４Ａの中に示されており、陽極の役割を果たす
地絡電導体容器１２と、中央陰極あるいは高圧電源（図示されていない）に接続
されている第１グリッド１３から成る図１のＩＥＣ装置に似た構造物から成る。
さらに中間の第２グリッド１４と外側の第３グリッド１５は、容器１２の中の中
央陰極１３と同心上に配設されている。電子抽出装置／放出装置１６は、ほぼ左
右対称に該容器周辺に配設されており、電子抽出装置転向グリッド１７と、該装
置の中でタイミングを持たせたイオンの流れを促進するのに貢献する電子放出装
置１８から成る。

【００３１】 ＧＶＰタイプのＩＥＣの基本的運転原理は、装置の外部の領域２３（すなわち
、図４Ｂの外側のグリッド１５と中間のグリッド１４の間のイオン化体積）を、
該装置の周辺に戦略的に設置された従来の設計の多重電子放射装置１８からの電
子の“炊きこぼれ”で充満させることである。該電子放出装置の設置位置は、衝
突損失の前の電子移動平均距離を基礎とする。電子放出装置の中の加速グリッド
は、電子を、該電子が、プラスに偏向させられているグリッド１５と遭遇する、
つぎに真空チャンバの中に引き込む。該グリッド１５は、電子軌跡の方向を、容
器の壁面の内面に周辺に配設されている、電子がそこに存在するガスと相互作用
して、衝突イオン化を通じてイオンを生成する、イオン化領域２３を画している
、狭いシェル状の体積に方向転換する役割を果たす。

【００３２】 該諸電子１９は、周辺を移動し、イオン化領域２３を横断して往復して振動し
、該電子が、グリッドあるいは容器の壁と再結合あるいは衝突により最終的に失
われるまで、存在するガスと強いイオン化衝突により徐々に鎮静化する。該領域
の中の電子衝突により生成されたイオンは、掛けられる電磁場が存在しないので
、ほとんどあるいは全く力を受けない。この状態で、それから、陰極上の高いポ
テンシャルは、ゲートバルブグリッド１４上のポテンシャルによりイオン化領域
から“遮蔽”される。したがって、イオンのみが、ゆっくりとイオン領域から拡
散され、イオンの高い密度を、この領域に堆積させることができる。該条件を、
つぎのイオン脈動の生成のための準備としてのイオンの“保存”と見なすことが
できる。

【００３３】 ＩＥＣを脈動させるために、“ゲートバルブ”の役割を果たす中間陽極グリッ
ド１４は、急速に（≦１００μＳ）１００Ｖから１ｋＶだけ減少する該グリッド
に掛けられるポテンシャルを有している。該ポテンシャルで、中央陰極１３の１
０−１００ｋＶのポテンシャルを、イオン化領域２３の中に浸透させて、該領域
に“保存”されているイオンを抽出することができる。該ゲートバルブグリッド
１４のポテンシャルは、そこで、保存されたイオンのグループが、イオン化領域
を去った後で、すなわち、５００ｎ．ｓ．あるいはそれ以上短期間の間に、その
当初の数値に戻される。該抽出された諸イオンは、完全に中央陰極１３にポテン
シャルが掛けられるまで、中央陰極領域２１の中に送り込まれる。

【００３４】 送り込まれたイオンは、装置の芯領域の中の点に収束されて、融合反応が起こ
る密度の高い中央領域プラズマ２１を形成して、該作用で、Ｄ−Ｄ（あるいは他
の融合可能なガス）融合反応から、高いエネルギーの陽子と中性子を生成する。
グリッドの回りのイオンの球形のシェル２３は、イオンの慣性が、該イオンを内
部の降下領域２２を経由して運んだときに、改善され、該イオンが衝突イオン化
を経由した生成点と等しいポテンシャルで安定するまで掛けられたポテンシャル
を支援する。一部のイオンは、該プロセスの中で、反応と、電荷−交換と、また
グリッド衝突を経由して失われるが、大多数のイオンは、中央プラズマ芯領域２
１に再度戻され、引続き再循環させられる。諸イオンの該循環は、該個体数が、
著しく（当初の＜２５％）消耗させられるまで継続される。

【００３５】 該イオンの再循環時間が、（ミリ秒単位で）短いので、ゲートバルブグリッド
のポテンシャルは、ミリ秒の間でその最も低い数値で維持されて、再循環するイ
オンにより生成される増加した融合反応の利点を活用する。陰極グリッド上のグ
リッドの開口部は、米国特許出願番号 ＳＮ ０８／２３２，７６４の中で開示
されているとおり、スター・モードで運転されるように設計されており、該諸開
口部の方向は、ゲートバルブグリッド１４の中の半径方向に開口部と整合するよ
うになっているときは、イオン・マイクロチャネル（スター・モードの特性）は
、再循環イオンの流れの中に形成され、改善された集中と、また芯の中の高い反
応速度を実現できる。図示されているとおりの＋１００Ｖから−１００ｋＶの範
囲内であるが、イオン化領域では平らなポテンシャル（無視できる電磁場）であ
る、運転ポテンシャルによる、ゲートバルブグリッドの開放に先立つＧＶＰ−Ｉ
ＥＣを横断するポテンシャルの変化は、図４Ａの中に示されている。

【００３６】 構造的には、できれば、該三つのグリッドの中の充分な数の穴が、互いに対し
て半径方向に向けられていことで、該グリッドが、高い幾何学的透明性を有して
おり、イオンに対して高い効率的な透明性を保持することができ、容器の中に希
望するスターモードあるいはハロー・モードに必要不可欠な数のイオンのスポー
クを発生させることができることが好ましい。公知の技術のとおり、グリッド自
体を、羽根型あるいはワイヤータイプ構造とすることができ、また、米国特許出
願番号Ｓ．Ｎ． ０８／２３２，７６４の中で開示されているとおり、ｈが、グ
リッド球体面積とグリッドの平面の間の高さの差とし、またＲが、グリッドの半
径として、少なくとも、陽極に、必要不可欠なｈ／Ｒパラメータを有している。
容器の中の圧力を、ゲッターあるいはポンプ、あるいは従来の技術の組合せで維
持することができる。

【００３７】 図５Ａおよび５Ｂは、図４Ａおよび４Ｂの中で示されているとおりの、三つの
グリッドの実施の形態の中での、ゲートバルブ電圧が下げられた後での、中央陰
極ポテンシャルの浸透によるイオン化領域からのイオン抽出の略図である。既に
開示されているとおり、システムのの中の外側のグリッド１４と１５は、つぎの
二つの役割を果たす、すなわち、ａ）外側のグリッド１５は、ゲートバルブグリ
ッド１４と組み合わされて、電子が、イオン領域を通じてその周辺で流れて閉じ
込められるように、電子放出装置から抽出された電子を誘導する。したがって、
二つのグリッドの組合せで、移動させるための最少限度の電子を生成し、イオン
化を行って、磁場の無い領域の中にそのまま留めることができ、またｂ）中央の
“ゲートバルブ”グリッド１４は、イオンのグループを選択的に芯領域の中に入
り込ませるバルブの役割を果たす。

【００３８】 図５Ａおよび５Ｂの中で示されてるとおり、ゲートバルブグリッドのポテンシ
ャルを、昇降できるので、中央陰極ポテンシャルを、イオン化領域に浸透させて
、イオンを抽出することができる。該図は、ゲートバルブポテンシャルが、突然
降下させられるまでに生まれ、中央陰極グリッドの中のポテンシャルにより生成
されたポテンシャル傾斜（“降下領域”）により中心に向けて送り出されるたイ
オンがイオン化領域の中に“保存された”イオン（点として略図化されてる）を
示している。

【００３９】 三つのグリッドの、電子放出に支援されたＧＶＰ−ＩＥＣシステムの一つの大
きな利点は、イオンが、容器の壁の近くのイオン化容積の中で常に生じ始め、し
たがって、中央芯プラズマ領域の中で完全に掛けられたポテンシャルエネルギー
に向けて加速され、低下されたイオンエネルギー拡散と、より大きな効率と改善
された集中に導かれることである。

【００４０】 さらに、プラズマ放電が、電子生成装置の放出により支えられるので（グリッ
ドからの２次電子放出に対して）、存在するガス圧力を、大幅に下げて、拡散す
る衝突からのイオンの全方向に等しい効果と、また電荷−交換衝突からのエネル
ギー損失を減らすことができる。さらに、前記で示されているとおり、ゲートバ
ルブグリッドに必要な脈動電圧には、１０’ｓのｋＶの直接中央陽極を直接脈動
させるのに比較して一般的に低い（＜１ｋＶ）。該構造で、脈動させられる給電
技術を著しく簡素化し、電気的絶縁問題を軽減する。

【００４１】 基本的ＧＶＰタイプのＩＥＣ運転の延長には、システムの中の天然イオン循環
周波数による、すなわち、ＧＶＰポテンシャルを減らしてイオン循環周波数と合
わせるように周波数（約０．５−５０ＭＨｚ）を設定することによる内側の芯へ
向けてのイオンの注入の同期化が、必要である。この運転の形態は、共振イオン
駆動発振（ＲＩＤＯ）と呼ばれていた。該方法の中で、新しく生成されたイオン
は、再循環されたイオンが、折り返し点に到達すると同時に内部の芯に向けて収
束される。したがって、再循環イオン電流の全ては、装置の周辺から内側芯に向
けて効果的に重ねられ、該イオンを、装置の周辺から加速させて、中心に向けて
収束させることができる。したがって、非常に大きなピークの密度を、イオン移
転周波数（約０．５−５０ＭＨｚ）の所で形成させて、超高速時間平均融合生成
速度を作り出すことができる。

【００４２】 図６は、イオン頭と球面左右対称の重なりがある、図４の中で示されている、
三つのグリッドのＩＥＣにより支援されている電子放出装置を使用するＲＩＤＯ
−ＧＶＰのプロセスの図による説明を示している。ＲＩＤＯの運転の中で、外側
の領域からのイオンの抽出のタイミングは、前のイオン波頭が、当初の開始場所
に戻り、イオンの、つぎの新しい波のパケットが、導入されて、以前のイオンの
グループに重なるように合わされている。結合されたイオンの個体数は、それか
ら、ゲートバルブのポテンシャルが下げられたとき、すなわちゲートバルブが“
開放”されたとき、抽出されてから中央芯領域の中に再び集中される。

【００４３】 移動の間に失われるイオンは、最終的にこのプロセスの間の堆積を制限して、
中央芯を経由して通過するイオンの密度が、つぎの脈動に対して“飽和された”
（定数の）数値に到達するようにする。該プロセスは、効果的に、中央芯領域を
経由して通過するピークのイオン電流を増大する。したがって、球体シェルの中
のイオンが、全て同時に装置の芯領域の所に到達するので、該中央領域イオンの
密度は、大規模に増大する。このプロセスで、ＬＲ−ＧＶＰ運転から得られる利
得より大きい在来のＩＥＣプラズマ放電より優れた融合力速度（Ｐ_fusion−ｎ_{io n} ² ）の利得に導かれる。

【００４４】 ＬＲ−ＧＶＰ運転あるいはＲＩＤＯ−ＧＶＰ運転で達成された高いイオン電流
で、二重ポテンシャルの谷形成に必要なイオン電流（図３）を、達成することが
できる。このことで、イオンを捉えて、超高密度のイオンを、中央芯の中で達成
することができ、さらに反応速度を高めることができる。二重ポテンシャルの谷
形成の効果は、定常ＩＥＣの中で実験的に研究され、掛けられた電流で、より高
いスケーリングの融合反応速度に導かれることが実証された。該効果は、ＬＲ−
ＧＶＰ装置の中で達成された高い電流で作り出すことが、定常ＩＥＣ装置の中よ
り容易である。

【００４５】 ＧＶＰ−ＩＥＣの好ましい実施の形態のための電源必要条件は、図７の中に示
されている。１００Ｖの数値と、また０−１００ｍＡの範囲の電流による０と１
ｋＶの間の発振を有する脈動電源３５が、ゲート（中間）電極３６のポテンシャ
ルをオンとオフに切り換えるのに使用されている。０−１００ｋＶの出力を有す
る定常電源の３７Ａは、陰極グリッド３８に接続されており、中央陰極電圧（す
なわち、１００ｋＶまで）と小さな電流（０から１００ｍＡの範囲の）を生成す
るために運転される。

【００４６】 同様な高い電圧で、非常に高い電流（数アンペアあるいはそれ以上）での運転
のために、送電線脈動システム３７Ｂを、また陰極グリッド３８に接続すること
ができる（電流レベルで、＞１アンペアが、過渡運転で最も適切に達成できるの
で、脈動運転が使用される）。最後に、０−５０Ａの範囲の複数の高電流電子放
出装置の電源３１は、分円状に配置された放電エレメント３２を駆動するために
接続されている。ゲートバルブグリッドの基準運転に対して、ゲート電源は、比
較的低い周波数（＜１０³Ｈｚ）で脈動する。

【００４７】 ＧＶＰタイプの運転を、たとえば、以前のＩＥＣ特許の中で説明されていると
おりのハロー・モードあるいはジェット・モードの運転のようなＩＥＣ装置の他
のモードの運転に拡張できる。本明細書で説明されている基本原理は、直接繰り
越される。

【００４８】 ＲＩＤＯ運転に対して、高い周波数（０．５−５０ＭＨｚ）の脈動が使用され
る。ＲＩＤＯタイプの運転に対しては、グリッドの透明性問題と、放電の種類の
時定数と、エネルギー拡散と衝突損失と、また空間電荷効果に考慮を払う必要が
ある。

【００４９】 要約すれば、ＧＶＰを運転することで、脈動の間に中央プラズマ芯の中に高い
イオン密度を達成することでより高い融合反応速度を得ながら、従来のＩＥＣ設
計に優る改良を行うことができる。同時にイオン頭を重ねて、イオンの束あるい
はグループを加速させることによる電力効率を上げるＲＩＤＯ−ＧＶＰを経由し
てより高い密度さえ達成できる。

【００５０】 第１２回融合エネルギー技術会議（ネバダ州レノ、１９９６年６月）での、Ｙ
．Ｇｕ， Ｍ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ， Ｒ．Ｓｔｕｂｂｅｒｓ， Ｇ．Ｈ．Ｍｉｌ
ｅｙ、（１９９６年）１２８、イリノイ州、ラグランジ・パークのアメリカ原子
力学会の“球体慣性静電気閉じ込め装置の脈動運転”の中で開示されたとおり、
ＧＶＰ−ＩＥＣのために使用される脈動電源３５を、陰極の直接脈動のために開
発された脈動電源装置のような、従来の技術に使用することができる。

【００５１】 陰極脈動には、本明細書の中で開示されてる、主陰極が高圧で定常で維持され
る一方で、ゲート・グリッドが、低い電圧で脈動させるゲート・グリッド設計と
は反対に、主陰極を高い電圧を脈動させるという欠点を有する。その結果、パル
ス毎の望ましい電流と電圧を、主陰極に接続された標準の脈動電源で、１０⁸ｎ ／ｓレベル（パルス電流の３．２Ａでの５０−ｋＶのパルスと１％の負荷時間率
、たとえば、パルス長０．１ミリ秒ｘ毎秒１００パルス）に到達させるかこれを
超えさせることができる。

【００５２】 脈動電源装置の基本的運転原理は、Ｇｕらによる、１９９５年のプラズマ科学
に関するＩＥＥＥ国際会議の１９９５年号、頁２２６−２６７で紹介された“球
形慣性静電気閉じ込めとその脈動実験結果の中の、マイクロチャンネルを経由す
るイオン集中”で発表された当初の説明以来変わっていないが、直列でチョーク
４２と、ダイオード４３と、パルス形成網４８と、パルス変成器４９と、またＩ
ＥＣ同等の抵抗Ｒプラズマ５０に接続されている入力口４１を有する該電源装置
４０は、前記で引用されている、希望するパルス電流と、電圧と反復速度を達成
するように改良された。

【００５３】 特に、図８の中に示されている主スイッチ４５は、サイラトロンの代わりに、
パルス生成器が、より高い電流を送り込むことができるようにトリガー・パルス
４４に反応してイグニトロを使用することで改良された。ダイオード４６とコイ
ル４７は、スイッチ４５に対して並列で接続されている。またパルス変成器４９
のステップアップ比は、１：７から１：１０に増加されて、より高い電圧のパル
スと共に、ＩＥＣプラズマとより良好な整合が可能となった。構成部品の定格は
、標準の低周波（１０−１０００Ｈｚ）ＬＲ−ＧＶＰ運転あるいは高周波（１−
５０ＭＨｚ）のＲＩＤＯの運転の何れも行うことができるように調整されている
。

【００５４】 脈動中性子源が、従来の技術である一方で、ＧＶＰタイプのＩＥＣの基本原理
は、該従来の装置と著しく異なる。Ｆｅｎｔｒｏｐの中性子生成装置は、基本的
には、定常あるいは脈動モードで運転できるビーム個体ターゲット・システムで
ある（米国特許番号Ｎｏ．３，５４６，５１２）。該特許は、事実上大型のイオ
ン加速器−ターゲット装置である。ビーム・プラズマ放電のＧＶＰ−ＩＥＣの制
御と、段階的イオン化と抽出領域による運転と、またイオン化のための磁場の不
在を基礎とする、ＧＶＰ−−ＩＥＣと該システムとの間には大きな差がある。Ｃ
ｒｏｉｔｏｒｕ（米国特許番号Ｎｏ．３，６０９，３６９）は、個体のターゲッ
トの回りに集中して置かれている複数のイオン源を使用している。

【００５５】 ここでも、プラズマ放電制御を行っていない。連続的あるいは脈動モードの運
転は、全て電子銃運転を目的としている。したがって該運転は、ＧＶＰ−ＩＥＣ
とは異なり、イオンの保存と、注入のタイミングあるいは共振発振のための設備
が無い。Ｃｕｌｖｅｒ（米国特許番号Ｎｏ．３，９９６，４７３）は、迅速なガ
ンマ分光器使用のような故障診断を含む材料の分析のための脈動運転を目的とす
る装置を開発した。該発明者の脈動方法は、直接中性子生成器の運転物理（ＧＶ
Ｐ−ＩＥＣの中の芯の中のマイクロチャンネル・ビーム形成と多重ポテンシャル
の谷の形成のような）を伴わない。さらに該装置の中の脈動と該脈動の制御は、
ＧＶＰ−ＩＥＣの場合に起こるような、直接パルスのタイミングと相互作用しな
い（たとえば、イオン保存、注入タイミング等）。

【００５６】 ＩＥＣ運転を向上させるためのＩＣＣ効果に関するＢｕｓｓａｒｄの発明（米
国特許番号５，１６０，６９５）は、システムの中での共振結合の使用を述べて
いる。Ｂｕｓｓａｒｄの請求事項は、イオンを音声障壁の間で反射させて、イオ
ンをＩＥＣ芯領域の中に捉えることができると言うことである。該タイプのイオ
ン制御は、高いイオン電流を得られるかどうかで左右されるが、本明細書の中で
開示されているＧＶＰ方法のうように該電流を得るための方法を解説していない
。ＧＶＰ−ＩＥＣ運転では、共振の調整を伴う一方で、ＲＩＤＯ共振は、イオン
再循環周波数と関連し、ゲートバルブ・グリッドによる保存とイオンの電流の注
入のタイミングをとおして制御される。該作用は、該二つの取り組みを、一つの
装置の中で組み合わせて使用することができるが、Ｂｕｓｓａｒｄの音声障壁共
振コンセプトと著しく異なることを示している。

【００５７】 ＧＶＰタイプのＩＥＣは、従来のＩＥＣ技術あるいは個体ターゲットを基礎と
する中性子源と比較して、著しく優れている。高められた中性子の歩留まりによ
り、医学的研究と、中性子断層撮影と、また同位元素製品の分野で新しい市場を
開拓できる。ＧＶＰ−ＩＥＣモードは、融合電力製品あるいは融合宇宙推進にと
って特に好ましい非常に高い反応速度を提供する。

【００５８】 現在の定常基本ＩＥＣ運転で、毎秒１０⁶−１０⁷ Ｄ−Ｄ融合中性子の範囲の 融合中性子歩留まりを作り出すことができる。陽極グリッド直接脈動を有する基
本的ＩＥＣの脈動バージョンの歩留まりは、毎秒１０⁷−１０⁸ Ｄ−Ｄ融合中性 子の範囲の融合中性子（時間平均化）であった。ＧＶＰ−ＩＥＣコンセプトの組
合せで、目下の目標である毎秒１０¹²−１０¹⁴ Ｄ−Ｄ融合中性子の範囲の融合
中性子（時間平均化）の大きさの該歩留まりを増やすための容量を加えることが
できる。ＲＩＤＯタイプの運転で、強いビームプラズマ・タイプの放電の非マク
スウェル的性質を原因とする起こる可能性がある不安定性により限定されるが、
これより高い歩留まりさえ達成できる。

【００５９】 ＧＶＰ−ＩＥＣのコンセプトは、また競合する非ＩＥＣコンセプトより優れた
複数の鍵となる利点を有している。第１の利点は、有効性である。諸イオンが、
同時に芯領域の中に進んで、融合反応速度が、密度の２乗で上がるので、単位エ
ネルギー入力毎の融合生成品を増やすことになる。もう一つの利点は、簡易性で
ある。さらに、ＲＩＤＯで駆動されるＩＥＣは、イオンのマクスウェル的個体数
の相互作用により運転される装置とは対象的に、Ｄ−Ｈｅ３のような最新の燃料
に到達するための装置の効率を上げるビーム対ビーム反応容量を維持する。

【００６０】 ＧＶＰ−ＩＥＣ原理を使用する２５−ＭＷ_e発電所の設計の概要は、表Ｉの中 に記載されている。該発電所のサイズは、冷却システムを除く球体真空チャンバ
の壁の半径で、示されている。重量は、ＩＥＣ装置のみのと、また反応装置シス
テムの全体に対するものである。重量の中で、最大のものは、大きな真空チャン
バ壁により占められている。ＧＶＰ−ＩＥＣ発電所の注目すべき特性の一つは、
直接転換装置を含む装置が、比較的軽量であることであり、材料と建設コストが
安くなることを示唆する。事実、ＧＶＰタイプのＩＥＣ反応装置は、従来の磁力
あるいは慣性閉じ込め融合システムより高い質量出力密度を有しているはずであ
り、軽水反応装置を付けて、コスト面で他の計画されている融合反応装置の設計
より有利であることを示唆する。

【００６１】

【表１】

【００６２】 本発明は、一部の好ましい実施の形態にしたがって説明されたが、本発明は、
該説明に限定されるわけではなく、該発明の範囲は、適用される法律の原則にし
たがって、別添の特許請求の範囲にしたがって定義される。

【００６３】

【発明の効果】

以上説明したとおり、本発明は、従来のＩＥＣ装置の性能を高めて、より高い
中性子の歩留まりを達成して、中性子断層撮影、アイソトープ生成品、爆発／地
雷探査、と油田検層のようなより高い中性子束を必要とする分野まで応用を広げ
ることができる。

【００６４】 また、本発明は、従来のＩＥＣビームの動作を維持しながら、他方でイオン電
流を、定常ＩＥＣ運転中に、現在の１０−１００ミリアンペア・レベルより大き
くすることができる。

【００６５】 また、本発明は、結果として多量の中性子あるいは陽子あるいはその双方を生
成する、高いエネルギーのイオンの反復する脈流を容易にまた効率的に生成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 中性子生成のための従来の慣性電子閉じ込め（ＩＥＣ）装置を示す図である。

【図２】 イオンの複数のマイクロチャネルが、形成され、有効な透明性が、幾何学的透
明性より大きくなるように、グリッドの開口部を通過する“スター・モード”の
中で運転される従来のＩＥＣ装置を示す図である。

【図３】 陽極シェルと陰極グリッドと比例して、ＩＥＣを横断して存在するポテンシャ
ルの変化を示す図である。該図の中で、イオン電流が、一方で中央領域の名管で
電子を加速し、収束して、芯領域の中に示されている二重ポテンシャル谷を生成
する、強い仮想陰極を生成するのに充分であることが想定されている。

【図４】 該構造物のためのポテンシャルの変化と、またイオン軌跡とイオンのＩＥＣ装
置の中の領域と共に、本発明に使用される“ゲートバルブ”グリッドシステム（
電子放出装置と、電子誘導グリッドと、またゲートバルブグリッド）を示す図で
ある。待機モード（ゲートバルブグリッドが閉じられている）中の装置のポテン
シャルの変化と、第２と第３グリッドの間のイオン化領域と、またゲートバルブ
グリッドと陰極の間で段階的ポテンシャル傾斜が起きる内部陰極“降下”領域に
留意すること。

【図５】 本発明が組み込まれている、ゲートバルブポテンシャルが上げられた電圧対Ｉ
ＥＣ装置の中心線からの半径と、またゲートバルブポテンシャルが下げられた装
置をそれぞれ示す図である。後者の条件下では、降下ポテンシャルが、イオン化
領域に浸透する（伸びていく）ことに留意すること。

【図６】 外側のグリッドと内側のグリッドの間を往復して移動する（再循環する）イオ
ンの“波のパケット”の存在を示しながら、本発明の基礎となるコンセプトを概
略的に示す図である。図示されているとおり、ゲートバルブグリッド上のポテン
シャル周波数を調整して、イオンのパケットの再循環周波数に合わせることで、
パケットを重ね合わせて、該イオンの密度を高めることができる。

【図７】 本発明が組み込まれた、定常と脈動モードでの運転を含む、３グリッドＩＥＣ
装置に掛けることができる電圧と電流を基礎とする電力を示す図である。

【図８】 本発明の中で使用される脈動形成配線網を含むＧＶＰ−ＩＥＣのための電力供
給配線を示す図である。

【符号の説明】

１ ＩＥＣ装置 ２ 球体真空チャンバ ３ ガス流入ポート ４ ガス供給パイプ ５ バルブ ８ 高圧電源 ９ 高圧フィードスルー １０ グリッド １２ チャンバ壁 １３ 第１グリッド（陰極グリッド） １４ 第２グリッド（中間グリッド） １５ 第３グリッド（外側グリッド） １６ 抽出器転向グリッド １７ ポテンシャルの変化 １８ 電子放出装置 ２１ 中央芯 ２２ 内部降下領域 ２３ 外部イオン化領域 ３１ 放出装置電源 ３３ 外側グリッド電源 ３５ 中間（ゲート）グリッド電源 ３７Ａ 定常陰極電源 ３７Ｂ 脈動陰極電源 ４２ 充電チョークコイル ４３ ダイオード ４４ トリガー・パルス ４５ 主スイッチ ４６ ダイオード ４８ 脈動形成網 ４９ １：１０ パルス変成器 ５０ Ｒプラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (71)出願人 506 Ｓｏｕｔｈ Ｗｒｉｇｈｔ Ｓｔｒ ｅｅｔ， Ｕｒｂａｎａ， ＩＬ 61801 (72)発明者 ジャークジーク，ブライアン イー． アメリカ合衆国，イリノイ州 61801，ア ーバナ，＃102，ウエスト グリッグス ストリート 506 (72)発明者 グー，イービン アメリカ合衆国，ニュージャージー州 07933，ギレット，サンライズ ドライブ ９ (72)発明者 スタバーズ，ロバート エイ． アメリカ合衆国，イリノイ州 61801，ア ーバナ，＃22，サウス コラー 106 (72)発明者 ウィリアムズ，マイケル ジェイ． アメリカ合衆国，イリノイ州 61853，マ ホメット，ウエスト ジェームズ コート 807

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 慣性静電気閉じ込め装置の高いイオン電流の脈動を生成する
   ための装置であって、 壁を有し、陽極として役割するようにバイアスが印加され、内部に融合可能な
   ガスが充填される電導容器と、 前記電導容器の中に電子を放出するためにその電導容器の前記壁の内面付近に
   設置される複数の電子生成器と、 高度に透明かつほぼ球状で、前記電導容器の中央に配設されて中央体積となる
   第１グリッドと、 前記第１グリッドが中央陰極として役割を果たすように、その第１グリッドに
   、前記陰極と前記陽極の間の電位が、イオンを、前記陰極に向けて進めるように
   して、増大されたエネルギーのイオンが、前記中央体積の中で収束されて、高い
   イオンの密度を形成すると、相互間と中性ガス原子と相互作用するように、電位
   を印加する第１ポテンシャル源と、 前記容器の壁に対して画されている周辺がイオン化体積の中で放出電子を誘導
   するための前記電導容器の近くに配設される第２グリッドと、 電子の軌跡が、周辺イオン化体積となるように、電位を前記第２グリッドに印
   加する第２ポテンシャル源と、 前記第１グリッドの外側かつ前記第２グリッドの内側に配設され、高度に透明
   でかつ球状の第３グリッドと、また時間で変化する電圧を前記第２グリッドに印
   加し、前記陽極と中央陰極としての役割を果たす前記第１グリッドにより加速さ
   れるイオンのグループを、反復して放射するための第３ポテンシャル源とから成
   るゲートバルブ・グリッド装置と、から構成され、前記装置が、前記第３ポテン
   シャル源から前記第３グリッドに印加されたポテンシャルを、前記第１グリッド
   により生成された電位に対して、前記イオン化体積の中で交互にイオンを遮蔽し
   たり、あるいは露出したりするために変化させることができ、 前記作用で、強い融合反応期間が、作られることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記各電子生成器は、前記電子組立体を加熱するための電源
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記各電子生成装置は、電子を前記電子生成器から抽出する
   ために電圧を印加する第４ポテンシャル源を含むことを特徴とする請求項１に記
   載の装置。
4. 【請求項４】 前記第１グリッドと、前記第２グリッドと、また前記第３グ
   リッドが、イオンと電子が往来できる複数の開口部を有し、頑丈な、自立する構
   造物であり、前記構造物の少なくとも一つが、前記電導容器の壁から外に伸びて
   いる電気的に絶縁されている独立構造物により、前記真空電導容器の中で正しい
   位置に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記第１グリッドと、前記第２グリッドと、また前記第３グ
   リッドが、少なくともワイヤー構造物と羽根タイプ構造物の一つから成ることを
   特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記電導容器壁の内面に対してほぼ左右相対的に配設されて
   いる少なくとも二つの電子生成器を具備することを特徴とする請求項１に記載の
   装置。
7. 【請求項７】 ２基から８基の電子生成器を具備することを特徴とする請求
   項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記電子生成器が、電子放出器と電子抽出器の双方を具備す
   ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記電導容器が、マイナス電位の所に保持されている一方で
   、第１と、第２と、また第３グリッドが、球状の真空電導容器を経由して電気的
   に絶縁されている接続されている関連する電力リード線を有し、また関連するそ
   れぞれのグリッドのための電源に接続されている電導電極から成ることを特徴と
   する請求項２に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記ゲートバルブ・グリッドが、偏向させられたプラス電
    位を５０から３００ボルトに維持し、さらに１００ボルトから１キロボルトまで
    の大きさの脈動マイナス電位を、１μｓから１ｍｓ時間、毎秒１から１０００サ
    イクルの反復速度で、重ねるための回路に接続されていることを特徴とする請求
    項２に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記第３グリッド上の脈動マイナス電位の反復速度が、０
    ．１から５０ＭＨｚの範囲の平均イオン再循環周波数で共振の中にあるように調
    整されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記電導容器が、金属シェルで密封されていることを特徴
    とする請求項１に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記陰極グリッドのためのポテンシャル源が、１ｋＶから
    １５０ｋＶの範囲内でマイナス・ポテンシャルを供給することを特徴とする請求
    項１に記載の装置。
14. 【請求項１４】 陰極となるグリッドに対する前記電気的ポテンシャル源が
    、１アンペア以上の駆動脈動イオン電流を供給することを特徴とする請求項１に
    記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記諸グリッドが、９０％またはそれ以上の幾何学的透明
    性を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
16. 【請求項１６】 さらに、前記球状の真空電導容器の中に融合可能なガス圧
    力を１０^-5トル以下で維持するための手段を具備することを特徴とする、請求項
    １に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記第４ポテンシャル源が、５Ａから２５ｋＡの範囲で変
    化するピーク値で駆動電流を使用することを特徴とする請求項３に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記電子放出器を加熱するために電流を掛けるための電源
    が、１Ａから２０Ａまでの範囲内で変化する電流を供給することを特徴とする請
    求項２に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記電子放出器を加熱するための前記電流電源が、５Ｗか
    ら４００Ｗの電力が掛けられる駆動電圧と電流を使用することを特徴とする請求
    項３に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記第１と、第２と、また第３グリッドが、少なくともワ
    イヤー構造物と羽根タイプ構造物の一つから成り、前記諸グリッドが、半径方向
    に整合されている開口部を有し、グリッドの球面とグリッドの平面との間の高さ
    の差をｈ、グリッドの半径をＲとしたとき、少なくとも第１グリッドが、ｈ／Ｒ
    ｃにより画されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記脈動プラズマ放電の間にマイクロチャネルが、形成さ
    れるように設計された開口部を前記諸グリッドが有することを特徴とする請求項
    １に記載の装置。
22. 【請求項２２】 陽極の役割を果たすために偏向させられた電導容器から成
    り、複数の格納されている高度に幾何学的に透明なグリッドと、電子源と、電源
    と、また融合可能なガスと、を内蔵している慣性静電気閉じ込め装置の中に高い
    電流のイオン脈動を生成するための方法であって、 前記陽極と諸グリッドに印加する電位で画されている電磁場を生成し、 前記電導容器の中にイオン化領域を設定し、 電子を前記電導容器の中に生成してから、それらの電子をイオン化領域に流し
    、 前記電子を使用して、前記電導容器の中でイオンを生成してから維持し、 前記イオン化領域からイオンを定期的に放出し、 前記電磁場により、前記放出された前記イオンを加速して集中することを特徴
    とする方法。
23. 【請求項２３】 前記放出ステップでは、システム特有のイオン再循環にタ
    イミングを合わせた周波数で放出を行うことを特徴とする請求項２２に記載の方
    法。
24. 【請求項２４】 新しく生成されるイオンが、再循環されたイオンが前記イ
    オンの折り返し点に達したと同時に、内部に芯に向けて収束するように、前記放
    出が、システムの中で容器の芯の内部に向けてのイオンの注入を、自然イオン再
    循環周波数と同期化することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 【請求項２５】 前記放出ステップでは、さらに、ゲートとしての前記グリ
    ッドの一つに対して電位をオンとオフに切り換えることで、中央陰極ポテンシャ
    ルをイオン化領域に浸透させてから、低いエネルギーを蓄えたイオンを抽出でき
    るようにすることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
26. 【請求項２６】 前記放出ステップは、イオン化時間と比較して長いことを
    特徴とする請求項２２に記載の方法。