JP2002022870A - Neutral particle injection unit - Google Patents

Neutral particle injection unit

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JP2002022870A
JP2002022870A JP2000212186A JP2000212186A JP2002022870A JP 2002022870 A JP2002022870 A JP 2002022870A JP 2000212186 A JP2000212186 A JP 2000212186A JP 2000212186 A JP2000212186 A JP 2000212186A JP 2002022870 A JP2002022870 A JP 2002022870A
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JP
Japan
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cell
gas
neutralization
plasma
deuterium
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JP2000212186A
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Japanese (ja)
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Kiyoshi Hashimoto
清 橋本
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate deuterium plasma having a high degree of ionization efficiently while lowering the working pressure of a neutralization cell 50. SOLUTION: Target particles, e.g. hydrogen gas or deuterium gas, is introduced into a neutralization cell 50 and mixed gas of cesium metal having ionization energy lower than that of the target particles. The gas of cesium metal is contained in a vaporizer 54 and vaporized by heating at 200-300 deg.C before being fed to the neutralization cell 50 by opening/closing a valve 55 intermittently. Subsequently, the target particles are irradiated with microwave from a microwave generator 51 to generate plasma efficiently under a low working pressure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、トカマク型核融合
炉等に利用される中性粒子を効率的に生成することがで
きるようにした中性粒子入射装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neutral particle injector capable of efficiently generating neutral particles used in a tokamak fusion reactor or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】トカマク型核融合炉等においては、高速
(高エネルギー)の中性粒子を生成させて、これを核融
合炉に入射してプラズマの加熱等に利用されている。
2. Description of the Related Art In tokamak-type fusion reactors and the like, high-speed (high-energy) neutral particles are generated, incident on the fusion reactor, and used for heating plasma.

【0003】このような中性粒子としては、水素や重水
素が利用されている。なお、水素を用いるか重水素を用
いるかは基本原理として差異がないので以下の説明では
重水素を例に説明する。
[0003] Hydrogen and deuterium are used as such neutral particles. It should be noted that there is no difference in basic principle between using hydrogen and deuterium, so the following description will be made using deuterium as an example.

【0004】中性粒子入射装置は、図4に示すように、
トカマク型核融合炉等(以下、単に核融合炉と記載す
る)に接続されて、発生した中性粒子を当該核融合炉に
入射するようになっており、重水素の負イオンを発生す
るイオン源室110、標的粒子が導入されて入射してき
た負イオンと衝突反応を起すことにより当該負イオンを
中性化させる中性化セル150、イオン源室110と中
性化セル150との間及び中性化セル150と核融合炉
との間に設けられた真空室130,140等により構成
されている。
[0004] As shown in FIG.
An ion that is connected to a tokamak-type fusion reactor or the like (hereinafter simply referred to as a fusion reactor) and injects generated neutral particles into the fusion reactor, and generates deuterium negative ions. A source chamber 110, a neutralization cell 150 that neutralizes the negative ions by causing a collision reaction with the negative ions that have been introduced and injected with the target particles, between the ion source chamber 110 and the neutralization cell 150, and It is constituted by vacuum chambers 130 and 140 provided between the neutralization cell 150 and the fusion reactor.

【0005】イオン源室110は、図示しないタングス
テンフィラメント、複数の引出電極112等が設けられ
ている。そして、イオン源室110の内部には約1Pa
前後の動作圧力になるように重水素ガスが導入され、タ
ングステンフィラメントによる直流放電により重水素の
負イオン(D-)が発生するようになっている。
[0005] The ion source chamber 110 is provided with a tungsten filament (not shown), a plurality of extraction electrodes 112, and the like. The inside of the ion source chamber 110 is about 1 Pa
Deuterium gas is introduced so that the operating pressure becomes approximately the same as before and after, and negative ions (D ) of deuterium are generated by DC discharge by the tungsten filament.

【0006】発生した負イオンは、絶縁材113により
電気的に絶縁された複数の引出電極112により加速さ
れ高速イオンとなって、当該引出電極112に形成され
た図示しない引出孔から取出され真空室130を経て中
性化セル150に入射する。
[0006] The generated negative ions are accelerated by a plurality of extraction electrodes 112 electrically insulated by an insulating material 113 to become high-speed ions, which are extracted from extraction holes (not shown) formed in the extraction electrodes 112 and are evacuated to a vacuum chamber. The light enters the neutralization cell 150 via 130.

【0007】なお、真空室130,140には図示しな
い排気ポンプが接続され、イオン源室110や中性化セ
ル150から流出するガスを排気するようになってい
る。
[0007] An exhaust pump (not shown) is connected to the vacuum chambers 130 and 140 to exhaust gas flowing out of the ion source chamber 110 and the neutralization cell 150.

【0008】中性化セル150には、一般に重水素ガス
が標的粒子として導入されて、入射してきた負イオンが
当該標的粒子と衝突反応を起して当該負イオンの電子が
剥取られることにより高速の中性粒子(D0)となる。
そして、真空室140を介して核融合炉に入射する。
In general, deuterium gas is introduced into the neutralization cell 150 as target particles, and the incoming negative ions cause a collision reaction with the target particles to strip off the electrons of the negative ions. It becomes high-speed neutral particles (D 0 ).
Then, the light enters the fusion reactor through the vacuum chamber 140.

【0009】以下の説明では、中性化セル150に導入
された重水素ガスが標的粒子として作用する場合をガス
セルと呼称し、後述するように重水素ガスがプラズマ化
して、当該重水素プラズマが標的ガスとして作用する場
合をプラズマセルと呼称する。
In the following description, a case where the deuterium gas introduced into the neutralization cell 150 acts as a target particle is referred to as a gas cell, and as described later, the deuterium gas is turned into plasma and the deuterium plasma is generated. The case where it acts as a target gas is called a plasma cell.

【0010】図5は、ガスセルに750keVの負イオ
ンを入射させた場合における重水素ガスの線密度に対す
る組成比を示した図で、重水素ガスの線密度を最適値に
設定すると約60%の中性化効率が得られることが理解
できる。
FIG. 5 is a graph showing the composition ratio of the deuterium gas to the linear density when negative ions of 750 keV are incident on the gas cell. It can be understood that neutralization efficiency can be obtained.

【0011】このような状況にあって、核融合炉システ
ム開発の進展に伴い中性粒子の生成効率をさらに向上さ
せたいという要求が生じてきた。
Under these circumstances, there has been a demand for further improving the efficiency of generating neutral particles with the progress of the development of the nuclear fusion reactor system.

【0012】かかる要求に対して、図6に示すような重
水素をプラズマ化させて標的粒子とする構成が提案され
ている。このような構成をプラズマセルと呼称する。
In response to such a demand, a configuration has been proposed in which deuterium is converted into plasma and used as target particles as shown in FIG. Such a configuration is called a plasma cell.

【0013】当該中性化粒子入射装置におけるプラズマ
セルには、マイクロ波発振器151が複数の導波管15
2を介して接続されて、導入された重水素ガスをプラズ
マ化するようになっている。
The microwave cell 151 includes a plurality of waveguides 15 in the plasma cell of the neutralizing particle injector.
2 to convert the introduced deuterium gas into plasma.

【0014】このように、プラズマセルにすると中性化
効率が向上する理由は、負イオンがプラズマと反応する
際の反応断面積が重水素分子と反応する際の反応断面積
に比べ数十倍も大きいために負イオンと標的粒子とが効
率的に衝突反応を起すからである。
As described above, the reason that the neutralization efficiency is improved when the plasma cell is used is that the reaction cross section when negative ions react with plasma is several tens of times larger than the reaction cross section when reacting with deuterium molecules. This is because the negative ions and the target particles efficiently cause a collision reaction.

【0015】図7は、このようなプラズマセル(プラズ
マの電離度は20%)に750keVの負イオンを入射
させた場合の、重水素プラズマの線密度に対する組成比
を示した図で、図5に対応するものである。
FIG. 7 shows the composition ratio of the deuterium plasma to the linear density when negative ions of 750 keV are incident on such a plasma cell (the degree of ionization of the plasma is 20%). It corresponds to.

【0016】最適な線密度のときの中性化の割合は75
%程度で、ガスセルに比べて(ガスセルの場合には約6
0%であった)中性化効率を高くすることが可能にな
る。
The ratio of neutralization at the optimum linear density is 75
% Of the gas cell (about 6% in the case of a gas cell).
(Was 0%).

【0017】なお、このプラズマセルを用いた場合の中
性化効率は、図8に示すように当該プラズマセル中の電
離度に依存する。
Note that the neutralization efficiency when this plasma cell is used depends on the degree of ionization in the plasma cell as shown in FIG.

【0018】図8は横軸にプラズマの電離度、縦軸に中
性化効率及び線密度を示し、電離度が40%前後で中性
化効率が80%以上になっている。
FIG. 8 shows the ionization degree of the plasma on the horizontal axis and the neutralization efficiency and the linear density on the vertical axis. The ionization degree is around 40% and the neutralization efficiency is 80% or more.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガスセルを単にプラズマセルで置換えても、上述した効
果が得られない問題があった。
However, even if the conventional gas cell is simply replaced with a plasma cell, the above-described effects cannot be obtained.

【0020】即ち、中性化に必要なプラズマセルの線密
度は、プラズマ密度とプラズマセル長とにより決る値で
あり、プラズマセルの動作圧力を高く設定すると高密度
プラズマが選られやすいので所望の線密度が得れ易い。
That is, the linear density of the plasma cell required for neutralization is a value determined by the plasma density and the plasma cell length. If the operating pressure of the plasma cell is set to be high, high-density plasma is easily selected. Easy to obtain linear density.

【0021】しかし、プラズマセルの動作圧力が高くな
ると、その分真空室130,140に流入するプラズマ
の量が増え、排気系の負荷が大きくなってしまい、中性
粒子入射装置全体では、プラズマセルを採用した効果を
相殺してしまう場合が生じる。
However, when the operating pressure of the plasma cell increases, the amount of plasma flowing into the vacuum chambers 130 and 140 increases accordingly, and the load on the exhaust system increases. There is a case where the effect of adopting is canceled.

【0022】一方、イオン源室110から出射した負イ
オンは、プラズマセルへ入射するまでの間に真空室13
0中の重水素と衝突する。
On the other hand, the negative ions emitted from the ion source chamber 110 are supplied to the vacuum chamber 13 before entering the plasma cell.
Collides with deuterium in zero.

【0023】中性化セル150から真空室130に流入
する標的粒子は、ガスセルの場合には重水素ガスであ
り、プラズマセルの場合には重水素プラズマである。
The target particles flowing from the neutralization cell 150 into the vacuum chamber 130 are deuterium gas in the case of a gas cell and deuterium plasma in the case of a plasma cell.

【0024】このとき、中性化セル150がガスセルで
ある場合には、負イオンと重水素ガスとの衝突による負
イオンの電子剥離反応は小さいが、これに比べ重水素プ
ラズマの場合には大きくなる。
At this time, when the neutralization cell 150 is a gas cell, the electron stripping reaction of the negative ions due to the collision between the negative ions and the deuterium gas is small, but in the case of the deuterium plasma, it is large. Become.

【0025】図9は、イオン源室110と中性化セル1
50との間の真空室130で生じる負イオンと重水素プ
ラズマとの反応を考慮したときの中性化効率を示した図
である。
FIG. 9 shows the ion source chamber 110 and the neutralization cell 1.
FIG. 4 is a diagram showing the neutralization efficiency when a reaction between negative ions and deuterium plasma generated in a vacuum chamber 130 between 50 and 50 is considered.

【0026】この図からも解るように、プラズマセルの
線密度を最適に維持しても、イオン源室110と中性化
セル150との間の真空室130での反応が多い場合に
は、中性化効率は逆に低下してしまい、中性化セル15
0をプラズマセルにした効果が失われる場合が生じる。
As can be seen from this figure, even if the linear density of the plasma cell is maintained optimally, when there are many reactions in the vacuum chamber 130 between the ion source chamber 110 and the neutralization cell 150, On the contrary, the neutralization efficiency decreases, and the neutralization cell 15
In some cases, the effect of converting 0 into a plasma cell is lost.

【0027】従って、ガスセルをプラズマセルに置換え
ただけでは、所望する中性化効率の向上を図ることが困
難となる。
Therefore, it is difficult to improve the desired neutralization efficiency only by replacing the gas cell with the plasma cell.

【0028】そこで、本発明は、プラズマセルの動作圧
力を低くしながら効率的に中性化効率を向上できるよう
にした中性粒子入射装置を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a neutral particle injector capable of efficiently improving neutralization efficiency while lowering the operating pressure of a plasma cell.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1にかかる発明は、電場により加速されたイ
オン粒子を中性化セルに導き、当該中性化セルに導入さ
れている標的粒子と反応させて高速の中性粒子にしてな
る中性粒子入射装置において、中性化セルに導入されて
いる標的粒子より電離エネルギーの低いガスを当該中性
化セルに混入して、中性化セルの動作圧力を低くして効
率的に中性粒子が生成できるようにしたことを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, an ion particle accelerated by an electric field is guided to a neutralization cell, and a target introduced into the neutralization cell is provided. In a neutral particle injector that reacts with particles to form high-speed neutral particles, a gas having a lower ionization energy than the target particles introduced into the neutralization cell is mixed into the neutralization cell, It is characterized in that the operating pressure of the gasification cell is lowered so that neutral particles can be generated efficiently.

【0030】請求項2にかかる発明は、標的粒子が水素
又は重水素であり、中性化セルに混入するガスがアルカ
リ金属のガスであるを特徴とする。
[0030] The invention according to claim 2 is characterized in that the target particles are hydrogen or deuterium, and the gas mixed into the neutralization cell is an alkali metal gas.

【0031】請求項3にかかる発明は、中性化セルに混
入するガスが、セシウム、キセノンのうち少なくとも1
を含むことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the gas mixed into the neutralization cell is at least one of cesium and xenon.
It is characterized by including.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図1は、本実施の形態の説明に適用される
中性粒子入射装置の概略構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injector applied to the description of the present embodiment.

【0033】当該中性粒子入射装置は、イオン源室1
0、真空室30,40、中性化セル50、真空室30,
40を有して、ドリフト管60を介してトカマク型核融
合炉等に中性化粒子を入射させるようになっている。
The neutral particle injector is provided in the ion source chamber 1
0, vacuum chambers 30, 40, neutralization cell 50, vacuum chamber 30,
The neutralizing particles are incident on a tokamak-type fusion reactor or the like via a drift tube 60.

【0034】なお、以下の説明では中性化セルをガスセ
ル又はプラズマセルと言う場合があり、このような場合
にはガスセル50又はプラズマセル50と記載する。
In the following description, the neutralization cell may be referred to as a gas cell or a plasma cell. In such a case, the gas cell 50 or the plasma cell 50 will be described.

【0035】イオン源室10は、図示しないタングステ
ンフィラメント、引出電極12等が設けられて、約1P
a前後の動作圧力になるように重水素ガスが導入され、
タングステンフィラメントによる直流放電により重水素
の負イオン(D-)が発生する。
The ion source chamber 10 is provided with a tungsten filament (not shown), an extraction electrode 12, etc.
Deuterium gas is introduced so as to have an operating pressure around a,
Negative ions deuterium by DC discharge by a tungsten filament (D -) is generated.

【0036】このようにして発生した負イオンは、絶縁
材13により電気的に絶縁された複数の引出電極12が
発生する電場により加速されて高速イオンとなって、当
該引出電極12に形成された図示しない引出孔から取出
され真空室30を経て中性化セル50に入射する。
The negative ions generated in this manner are accelerated by the electric field generated by the plurality of extraction electrodes 12 electrically insulated by the insulating material 13 to become high-speed ions, and formed on the extraction electrodes 12. It is taken out from a drawing hole (not shown) and enters the neutralization cell 50 via the vacuum chamber 30.

【0037】なお、真空室30,40には図示しない排
気ポンプが接続され、イオン源室10や中性化セル50
から流出するガスを排気するようになっている。
An exhaust pump (not shown) is connected to the vacuum chambers 30 and 40, and the ion source chamber 10 and the neutralization cell 50 are connected.
It is designed to exhaust gas flowing out of the system.

【0038】中性化セル50には、一般に重水素ガスが
標的粒子として導入され、当該重水素ガスをマイクロ波
発振器51により励起してプラズマを生成している。
In general, deuterium gas is introduced as target particles into the neutralization cell 50, and the deuterium gas is excited by the microwave oscillator 51 to generate plasma.

【0039】この重水素ガスは、ガス供給口53から供
給され、またマイクロ波発振器51からの2.45GH
zのマイクロ波が導波管52を介して伝達されて、重水
素ガスを励起するようになっている。
This deuterium gas is supplied from a gas supply port 53 and is supplied from a microwave oscillator 51 at 2.45 GHz.
The microwave of z is transmitted through the waveguide 52 to excite the deuterium gas.

【0040】そして、入射してきた負イオンが重水素プ
ラズマと衝突反応を起して負イオンの電子が剥取られる
ことにより高速の中性粒子(D0)が生成されて真空室
40を介してトカマク型核融合路等の核融合炉に入射す
る。
Then, the incoming negative ions collide with the deuterium plasma to cause the electrons of the negative ions to be stripped off, thereby generating high-speed neutral particles (D 0 ) and passing through the vacuum chamber 40. Injects into a fusion reactor such as a tokamak fusion path.

【0041】無論、中性化セル50中では、負イオン
(D-)の電子剥離反応とともに、中性化した中性粒子
(D0)の再電離反応が競合して発生するので、このよ
うなイオンは、電場や磁場により曲げられて真空室40
に設置されているビームダンプ41に導かれ熱化処理さ
れる。
Needless to say, in the neutralization cell 50, the re-ionization reaction of the neutralized neutral particles (D 0 ) is generated in competition with the electron stripping reaction of the negative ions (D ). Ions are bent by an electric or magnetic field to form a vacuum chamber 40
Is guided to a beam dump 41 installed in the apparatus and is subjected to thermal treatment.

【0042】なお、プラズマセル50内の重水素ガス
は、マイクロ波により電離してプラズマ化するが、その
際磁場を用いることにより当該電離が容易に行えるよう
になる。
The deuterium gas in the plasma cell 50 is ionized by microwaves and turned into plasma. At this time, the use of a magnetic field facilitates the ionization.

【0043】かかる理由により、本発明では中性化セル
50の周囲に永久磁石又は電磁石等の磁石59を配置し
てプラズマの発生を促進させて動作圧力の低減を図るよ
うにしている。なお、当該磁場はプラズマの閉じ込めに
も寄与している。
For this reason, in the present invention, a magnet 59 such as a permanent magnet or an electromagnet is arranged around the neutralization cell 50 to promote the generation of plasma to reduce the operating pressure. The magnetic field also contributes to confinement of plasma.

【0044】特に、磁石59により中性化セル50の壁
近傍における磁束密度が875ガウスになるように設定
されている。これにより、875ガウスの磁束密度と
2.45GHzのマイクロ波の組合せにより電子サイク
ロトロン共鳴が生じて、電子が共鳴的にマイクロ波のエ
ネルギーを吸収し、プラズマが効率的に生成されるよう
になっている。
In particular, the magnet 59 is set so that the magnetic flux density near the wall of the neutralization cell 50 becomes 875 gauss. As a result, electron cyclotron resonance is generated by the combination of the magnetic flux density of 875 gauss and the microwave of 2.45 GHz, and the electrons resonately absorb the energy of the microwave to efficiently generate the plasma. I have.

【0045】これにより、中性化セル50の動作圧力を
下げることが可能になって、0.1Pa以下でも容易に
プラズマを発生することができるようになる。
As a result, the operating pressure of the neutralization cell 50 can be reduced, and plasma can be easily generated even at 0.1 Pa or less.

【0046】本発明では、このような構成でさらに中性
化セル50中に導入される重水素ガスに、当該重水素よ
り電離エネルギーの低いガスを所定量混合している。
In the present invention, a predetermined amount of gas having a lower ionization energy than that of the deuterium is mixed with the deuterium gas introduced into the neutralization cell 50 in such a configuration.

【0047】これは、電離エネルギーの低いガスを混合
すると、重水素や水素単独の場合よりも放電が起きやす
くなり、より低い動作圧力で電離度の高い重水素プラズ
マを発生できるためである。
This is because when a gas having a low ionization energy is mixed, discharge is more likely to occur than in the case of using deuterium or hydrogen alone, and a deuterium plasma having a high ionization degree can be generated at a lower operating pressure.

【0048】このように混合するガスとして、電離エネ
ルギーが低いアルカリ金属(例えば、ナトリウム、カリ
ウム、セシウム等)が好ましい。因みに、水素の電離エ
ネルギーが13.6eVであり、ナトリウムは、5.1
eV、カリウムは4.3eV、セシウムは3.9eVで
ある。
As the gas to be mixed as described above, an alkali metal having a low ionization energy (eg, sodium, potassium, cesium, etc.) is preferable. Incidentally, the ionization energy of hydrogen is 13.6 eV, and sodium is 5.1
eV, potassium are 4.3 eV, and cesium is 3.9 eV.

【0049】そして、このような金属を収納した気化器
54で加熱することにより気化させて、中性化セル50
に導入する。導入量はバルブ55の開閉度を調節するこ
とにより設定する。
Then, the metal is vaporized by heating in a vaporizer 54 containing such a metal, and the neutralized cell 50 is heated.
To be introduced. The introduction amount is set by adjusting the degree of opening and closing of the valve 55.

【0050】例えば、セシウムを用いた場合には、気化
器54の温度を200〜300℃にして気化させ、バル
ブ55を間欠的に開閉して中性化セル50に供給する。
For example, when cesium is used, the vaporizer 54 is vaporized at a temperature of 200 to 300 ° C., and the gas is supplied to the neutralization cell 50 by opening and closing the valve 55 intermittently.

【0051】これにより、中性化セル50の動作圧力を
約0.01Paにすることが可能となる。
Thus, the operating pressure of the neutralization cell 50 can be set to about 0.01 Pa.

【0052】なお、中性化セル50に混合させるガスと
してセシウムを用いた場合には、上述したように気化器
54を用いて当該セシウムを気化させたが、キセノンを
用いる場合は気化器54が不要になるので構成が簡単に
なる利点がある。
When cesium was used as the gas to be mixed into the neutralization cell 50, the cesium was vaporized using the vaporizer 54 as described above. However, when xenon was used, the vaporizer 54 was used. There is an advantage that the configuration becomes simple because it becomes unnecessary.

【0053】これまでの説明では、中性化セル50の標
的粒子を励起する方法としてマイクロ波を例に説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図
2に示すように、フィラメント58による直流放電を用
いた場合であってもよく、また図3に示すようにRF発
振器57によりMHz帯の電磁波による放電方式を用い
ても良い。
In the above description, microwaves have been described as an example of a method for exciting the target particles of the neutralization cell 50. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. Alternatively, a direct current discharge by the filament 58 may be used, or a discharge method using an electromagnetic wave in the MHz band by the RF oscillator 57 may be used as shown in FIG.

【0054】図2に示す直流放電方式は、過去の実績等
から大型化に適するといった利点があり、マイクロ波の
場合に比べ動作圧力が多少高くなるが、セシウムを少量
混合することにより、放電圧力を0.1Pa以下にする
ことができるようになると共にマイクロ波の場合と同様
に電離度も向上する。
The DC discharge method shown in FIG. 2 has the advantage that it is suitable for upsizing based on past results, etc., and its operating pressure is slightly higher than that of microwaves. However, the discharge pressure can be reduced by mixing a small amount of cesium. Can be reduced to 0.1 Pa or less, and the degree of ionization also improves as in the case of microwaves.

【0055】そして、上述したように電離エネルギーの
低いガスを混合すると、重水素単独の場合よりも放電が
起きやすくなり、より低い動作圧力で電離度の高い重水
素プラズマを発生することができるようになる。
When a gas having a low ionization energy is mixed as described above, discharge is more likely to occur than in the case of using deuterium alone, and a deuterium plasma having a high ionization degree can be generated at a lower operating pressure. become.

【0056】また、RF発振器57を用いた放電方式の
場合は、マイクロ波の場合と同様にカソードを用いない
無極放電であるため、メンテナンス性が優れている利点
がある。なお、周波数としては13.56MHzが好ま
しい。
In the case of the discharge method using the RF oscillator 57, since it is a non-polar discharge without using a cathode similarly to the case of the microwave, there is an advantage that the maintainability is excellent. Note that the frequency is preferably 13.56 MHz.

【0057】そして、中性化セル50の内部に設置され
たソレノイド状のアンテナ56にRF電力を供給して標
的粒子を励起する。
Then, RF power is supplied to a solenoid-like antenna 56 installed inside the neutralization cell 50 to excite target particles.

【0058】この場合、マイクロ波の時より動作圧力が
高くなるもののセシウムを少量混合することにより、放
電圧力が低くなり0.1Pa以下でも動作でき、電離度
も向上する。
In this case, although the operating pressure is higher than in the case of microwaves, the discharge pressure is reduced by mixing a small amount of cesium, the operation can be performed even at 0.1 Pa or less, and the degree of ionization is improved.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
中性化セルに導入されている水素又は重水素ガスに、セ
シウム等のアルカリ金属ガスやキセノンガスを混入させ
たので、中性化セルの動作圧力を低下させることが可能
になると共に、標的粒子の電離度が向上して効率的な中
性粒子の生成が可能になる。
As described above, according to the present invention,
Since hydrogen or deuterium gas introduced into the neutralization cell is mixed with an alkali metal gas such as cesium or xenon gas, the operating pressure of the neutralization cell can be reduced, and the target particles can be reduced. And the neutralization of particles can be efficiently generated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の説明に適用される中性粒
子入射装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injector applied to the description of an embodiment of the present invention.

【図2】フィラメントによる重水素ガスを加熱する方式
の中性粒子入射装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injector that heats deuterium gas by a filament.

【図3】高周波による重水素ガスを加熱する方式の中性
粒子入射装置の概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injector that heats deuterium gas by high frequency.

【図4】従来の技術の説明に適用されるガスセルを用い
た中性粒子入射装置の概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injector using a gas cell applied to the description of a conventional technique.

【図5】ガスセルを用いた場合の線密度に対する組成比
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a composition ratio with respect to a linear density when a gas cell is used.

【図6】従来の技術の説明に適用されるプラズマセルを
用いた中性粒子入射装置の概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injector using a plasma cell applied to the description of a conventional technique.

【図7】プラズマセルを用いた場合の線密度に対する組
成比を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a composition ratio with respect to a linear density when a plasma cell is used.

【図8】重水素プラズマの電離度に対する中性化効率及
び線密度を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing neutralization efficiency and linear density with respect to the degree of ionization of deuterium plasma.

【図9】真空室における線密度と中性化効率を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a linear density and a neutralization efficiency in a vacuum chamber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 イオン源室 12 引出電極 13 絶縁材 30,40 真空室 41 ビームダンプ 50 中性化セル(ガスセル、プラズマセル) 51 マイクロ波発振器 54 気化器 55 バルブ 57 RF発振器 58 フィラメント DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ion source chamber 12 Extraction electrode 13 Insulation material 30, 40 Vacuum chamber 41 Beam dump 50 Neutralization cell (gas cell, plasma cell) 51 Microwave oscillator 54 Vaporizer 55 Valve 57 RF oscillator 58 Filament

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電場により加速されたイオン粒子を中性
化セルに導き、当該中性化セルに導入されている標的粒
子と反応させて高速の中性粒子にしてなる中性粒子入射
装置において、 前記中性化セルに導入されている標的粒子より電離エネ
ルギーの低いガスを当該中性化セルに混入したことを特
徴とする中性粒子入射装置。
1. A neutral particle injector that guides ion particles accelerated by an electric field to a neutralization cell and reacts with target particles introduced into the neutralization cell to form high-speed neutral particles. A neutral particle injector, wherein a gas having a lower ionization energy than target particles introduced into the neutralization cell is mixed into the neutralization cell.
【請求項2】 前記標的粒子が水素又は重水素であり、
前記中性化セルに混入するガスがアルカリ金属のガスで
あるを特徴とする請求項1記載の中性粒子入射装置。
2. The target particle is hydrogen or deuterium,
The neutral particle injector according to claim 1, wherein the gas mixed into the neutralization cell is an alkali metal gas.
【請求項3】 前記中性化セルに混入するガスが、セシ
ウム、キセノンのうち少なくとも1を含むことを特徴と
する請求項1又は2記載の中性粒子入射装置。
3. The neutral particle injector according to claim 1, wherein the gas mixed into the neutralization cell contains at least one of cesium and xenon.
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