JP2002062387A - 慣性静電閉じ込め核融合装置 - Google Patents
慣性静電閉じ込め核融合装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】輻射冷却によって熱電子の発生を抑制すること
が可能な慣性静電閉じ込め核融合装置を提供することに
ある。 【解決手段】内部に空間を有する陽極と、陽極の内部空
間に配置された陰極と、陽極と前記陰極との間に電圧を
印加する電源とを有し、イオン同士の衝突により中性子
或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め核融合装
置において、陰極の表面を金属部分７と絶縁物部分８と
で構成する。
が可能な慣性静電閉じ込め核融合装置を提供することに
ある。 【解決手段】内部に空間を有する陽極と、陽極の内部空
間に配置された陰極と、陽極と前記陰極との間に電圧を
印加する電源とを有し、イオン同士の衝突により中性子
或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め核融合装
置において、陰極の表面を金属部分７と絶縁物部分８と
で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中性子や荷電粒子
などの放射線の発生装置として用いられる慣性静電閉じ
込め核融合装置に関する。
などの放射線の発生装置として用いられる慣性静電閉じ
込め核融合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】慣性静電閉じ込め核融合装置（以下、Ｉ
ＥＣという）は、加速したイオン同士の衝突による核融
合反応を利用して中性子や荷電粒子を発生させる装置で
あり、その構造は次の通りである。ＩＥＣは、直径数１
０〔cm〕の球形の陽極と、その内部に設置された格子状
で直径数〔cm〕の球形陰極とを有し、陽極と陰極との間
に数１０〜数１００〔ｋＶ〕の高電圧を印加する。その
高電圧の印加によって、水素ガスのグロー放電によるイ
オンが生成されると共に、生成されたイオンが陰極に向
かって加速される。加速されたイオンは格子状の陰極内
部に入り込み、同様に加速されて陰極内部に達した他の
イオンと衝突することによって核融合反応を起こして中
性子や荷電粒子を発生する。なお、陰極内部に入り込ん
だイオンの全てが他のイオンと衝突するわけではないの
で、衝突しなかったイオンは陰極の外に出て行くが、陰
極の外に出たイオンは陽極と陰極との間に印加された電
圧によって再び陰極に向かって加速され、陰極に戻って
くることとなる。また、陰極に向かって加速されたイオ
ンの全てが陰極内部に入り込むわけではなく、イオンの
一部は陰極に衝突して電源に戻っていく。このようにＩ
ＥＣでは、生成されたイオンは他のイオンと衝突して核
融合反応を起こすか、陰極に衝突して電源に戻るまで陽
極と陰極との間を繰返し往復する。
ＥＣという）は、加速したイオン同士の衝突による核融
合反応を利用して中性子や荷電粒子を発生させる装置で
あり、その構造は次の通りである。ＩＥＣは、直径数１
０〔cm〕の球形の陽極と、その内部に設置された格子状
で直径数〔cm〕の球形陰極とを有し、陽極と陰極との間
に数１０〜数１００〔ｋＶ〕の高電圧を印加する。その
高電圧の印加によって、水素ガスのグロー放電によるイ
オンが生成されると共に、生成されたイオンが陰極に向
かって加速される。加速されたイオンは格子状の陰極内
部に入り込み、同様に加速されて陰極内部に達した他の
イオンと衝突することによって核融合反応を起こして中
性子や荷電粒子を発生する。なお、陰極内部に入り込ん
だイオンの全てが他のイオンと衝突するわけではないの
で、衝突しなかったイオンは陰極の外に出て行くが、陰
極の外に出たイオンは陽極と陰極との間に印加された電
圧によって再び陰極に向かって加速され、陰極に戻って
くることとなる。また、陰極に向かって加速されたイオ
ンの全てが陰極内部に入り込むわけではなく、イオンの
一部は陰極に衝突して電源に戻っていく。このようにＩ
ＥＣでは、生成されたイオンは他のイオンと衝突して核
融合反応を起こすか、陰極に衝突して電源に戻るまで陽
極と陰極との間を繰返し往復する。
【０００３】このようなＩＥＣについては、「プラズマ
・核融合学会誌」第７３巻第１０号第１０８０頁〜第１
０８５頁に詳細が記載されている。
・核融合学会誌」第７３巻第１０号第１０８０頁〜第１
０８５頁に詳細が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、陰極
に向かって加速されたイオンの一部は陰極に衝突する
が、従来技術では陰極材料としてタンタル等の高融点金
属を用いていたため、イオンの衝突によって陰極が高温
となった場合に陰極から熱電子が放出され易くなる。陰
極において熱電子が発生すると、この熱電子が陰極から
陽極へ向かう電流（電子電流）となるため、陽極から陰
極に向かうイオンによる電源電流を打ち消してしまう。
つまり、陰極内部に入り込むイオンが減少してしまう。
その結果、陰極内部におけるイオン同士の衝突が減り、
核融合反応率も減少してしまうため、中性子や荷電粒子
の発生率が低下してしまう。
に向かって加速されたイオンの一部は陰極に衝突する
が、従来技術では陰極材料としてタンタル等の高融点金
属を用いていたため、イオンの衝突によって陰極が高温
となった場合に陰極から熱電子が放出され易くなる。陰
極において熱電子が発生すると、この熱電子が陰極から
陽極へ向かう電流（電子電流）となるため、陽極から陰
極に向かうイオンによる電源電流を打ち消してしまう。
つまり、陰極内部に入り込むイオンが減少してしまう。
その結果、陰極内部におけるイオン同士の衝突が減り、
核融合反応率も減少してしまうため、中性子や荷電粒子
の発生率が低下してしまう。
【０００５】熱電子放出確率の材質及び温度依存性は、
土手敏彦編「テクノシステム４−プラズマ・放電・高電
圧−」電気書院、１９８５年発行、第１４８頁にて述べ
られているように、（数１）にて表わされることが分か
っている。
土手敏彦編「テクノシステム４−プラズマ・放電・高電
圧−」電気書院、１９８５年発行、第１４８頁にて述べ
られているように、（数１）にて表わされることが分か
っている。
【０００６】
【数１】
【０００７】なお、Ｊ：熱電子放出密度〔Ａ／ｍ2〕，
Ａ：定数＝６.０×１０5〔Ａ／ｍ2／Ｔ2 〕，φ：仕事
関数〔ｅＶ〕，ｋ：ボルツマン定数＝１.３８×１０-23
〔Ｊ／Ｋ〕＝８.５８×１０-5〔ｅＶ／Ｋ〕，Ｔ：温度
〔Ｋ〕である。（数１）より明らかであるように、熱電
子電流は温度上昇と共に指数関数的に増加する。
Ａ：定数＝６.０×１０5〔Ａ／ｍ2／Ｔ2 〕，φ：仕事
関数〔ｅＶ〕，ｋ：ボルツマン定数＝１.３８×１０-23
〔Ｊ／Ｋ〕＝８.５８×１０-5〔ｅＶ／Ｋ〕，Ｔ：温度
〔Ｋ〕である。（数１）より明らかであるように、熱電
子電流は温度上昇と共に指数関数的に増加する。
【０００８】ここで、ＩＥＣの一例として、表面積が
０.０１〔ｍ2〕の陰極をタンタル（φ＝４.１〔ｅ
Ｖ〕）で構成し、電源出力を１００〔ｋＶ〕で１００
〔ｍＡ〕)１０〔ｋＷ〕）とした場合について考える
と、温度Ｔ，電流密度Ｊ及び全電流Ｉとの関係は次の通
りである。 Ｔ＝１４００〔Ｋ〕のとき、Ｊ＝０.００２〔Ａ／
ｍ2〕,Ｉ＝０.０２〔ｍＡ〕 Ｔ＝１７００〔Ｋ〕のとき、Ｊ＝１.２３〔Ａ／ｍ2〕,
Ｉ＝１２.３〔ｍＡ〕 Ｔ＝２０００〔Ｋ〕のとき、Ｊ＝１１３.０〔Ａ／
ｍ2〕,Ｉ＝１１３０〔ｍＡ〕 つまり、上記のＩＥＣの例では、陰極の温度Ｔが１７０
０〔Ｋ〕を超えると電源電流に対して無視できない量の
電子電流が流れ、温度Ｔが２０００〔Ｋ〕ではほとんど
全てが電子電流になってしまう。
０.０１〔ｍ2〕の陰極をタンタル（φ＝４.１〔ｅ
Ｖ〕）で構成し、電源出力を１００〔ｋＶ〕で１００
〔ｍＡ〕)１０〔ｋＷ〕）とした場合について考える
と、温度Ｔ，電流密度Ｊ及び全電流Ｉとの関係は次の通
りである。 Ｔ＝１４００〔Ｋ〕のとき、Ｊ＝０.００２〔Ａ／
ｍ2〕,Ｉ＝０.０２〔ｍＡ〕 Ｔ＝１７００〔Ｋ〕のとき、Ｊ＝１.２３〔Ａ／ｍ2〕,
Ｉ＝１２.３〔ｍＡ〕 Ｔ＝２０００〔Ｋ〕のとき、Ｊ＝１１３.０〔Ａ／
ｍ2〕,Ｉ＝１１３０〔ｍＡ〕 つまり、上記のＩＥＣの例では、陰極の温度Ｔが１７０
０〔Ｋ〕を超えると電源電流に対して無視できない量の
電子電流が流れ、温度Ｔが２０００〔Ｋ〕ではほとんど
全てが電子電流になってしまう。
【０００９】このように、陰極の温度が上昇すると電子
電流が増えてしまうため、陰極の温度上昇を抑制する必
要があるが、陰極内部に冷却機構を設けると陰極の厚さ
が増して陰極へのイオンの衝突が増えてしまうので、輻
射冷却にて陰極の温度上昇を抑制しなければならない。
しかしながら、従来のように陰極を高融点金属で構成し
た場合、輻射冷却では熱電子の発生を十分に抑えられる
ほどの冷却効果を得ることはできない。
電流が増えてしまうため、陰極の温度上昇を抑制する必
要があるが、陰極内部に冷却機構を設けると陰極の厚さ
が増して陰極へのイオンの衝突が増えてしまうので、輻
射冷却にて陰極の温度上昇を抑制しなければならない。
しかしながら、従来のように陰極を高融点金属で構成し
た場合、輻射冷却では熱電子の発生を十分に抑えられる
ほどの冷却効果を得ることはできない。
【００１０】本発明の目的は、輻射冷却によって熱電子
の発生を抑制することが可能な慣性静電閉じ込め核融合
装置を提供することにある。
の発生を抑制することが可能な慣性静電閉じ込め核融合
装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、内部に空間を有する陽極と、前記陽極の内
部空間に配置された陰極と、前記陽極と前記陰極との間
に電圧を印加する電源とを有し、イオン同士の衝突によ
り中性子或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め
核融合装置において、前記陰極は、表面に金属部分と絶
縁物部分とを有することにある。
明の特徴は、内部に空間を有する陽極と、前記陽極の内
部空間に配置された陰極と、前記陽極と前記陰極との間
に電圧を印加する電源とを有し、イオン同士の衝突によ
り中性子或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め
核融合装置において、前記陰極は、表面に金属部分と絶
縁物部分とを有することにある。
【００１２】陰極表面に金属部分と絶縁物部分とを設け
ることによって、絶縁物は熱電子を発生しないので、表
面に絶縁物部分を設けた分だけ陰極からの熱電子の発生
を抑制でき、かつ、陰極の表面積を十分に確保すること
ができるので、輻射冷却によって陰極の温度上昇を抑制
することができる。従って、金属部分からの熱電子の発
生を抑制でき、核融合反応率の低下を防ぐことができ
る。
ることによって、絶縁物は熱電子を発生しないので、表
面に絶縁物部分を設けた分だけ陰極からの熱電子の発生
を抑制でき、かつ、陰極の表面積を十分に確保すること
ができるので、輻射冷却によって陰極の温度上昇を抑制
することができる。従って、金属部分からの熱電子の発
生を抑制でき、核融合反応率の低下を防ぐことができ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。 （実施例１）図１は、本発明の好適な一実施例である慣
性静電閉じ込め核融合装置（以下、ＩＥＣという）の構
成図（縦断面図）である。図１において、真空容器１の
内部は真空に保たれており、球形（直径３００〔mm〕）
の陽極２が設置される。更に、陽極２の内部には、格子
状でかつ球形（直径８０〔mm〕）の陰極３が設けられ
る。電流導入端子６と接続される電源（図示せず）によ
って、陰極３の電位は−１００〔ｋＶ〕に設定されてお
り、また真空容器１及び陽極２の電位は約０〔Ｖ〕（接
地電位）に保たれているため、陰極３が配置される中心
部に向かってポテンシャルの井戸が形成される。なお、
陽極２を設けずに、真空容器１自体を陽極として利用し
てもよい。
例を詳細に説明する。 （実施例１）図１は、本発明の好適な一実施例である慣
性静電閉じ込め核融合装置（以下、ＩＥＣという）の構
成図（縦断面図）である。図１において、真空容器１の
内部は真空に保たれており、球形（直径３００〔mm〕）
の陽極２が設置される。更に、陽極２の内部には、格子
状でかつ球形（直径８０〔mm〕）の陰極３が設けられ
る。電流導入端子６と接続される電源（図示せず）によ
って、陰極３の電位は−１００〔ｋＶ〕に設定されてお
り、また真空容器１及び陽極２の電位は約０〔Ｖ〕（接
地電位）に保たれているため、陰極３が配置される中心
部に向かってポテンシャルの井戸が形成される。なお、
陽極２を設けずに、真空容器１自体を陽極として利用し
てもよい。
【００１４】前述したように、陽極２近傍では水素ガス
のグロー放電によってイオン４が生成され、生成された
イオン４が陰極に向かって加速される。加速されたイオ
ン４は、他のイオンと衝突して核融合反応を起こすか、
陰極３に衝突して電流導入端子６を介して電源に戻るま
で、陽極２と陰極３との間を繰返し往復する。図中の５
はイオンの往復軌道を示す。イオンの衝突によって発生
した中性子や荷電粒子は、ＩＥＣの中心部から放射状に
放出される。
のグロー放電によってイオン４が生成され、生成された
イオン４が陰極に向かって加速される。加速されたイオ
ン４は、他のイオンと衝突して核融合反応を起こすか、
陰極３に衝突して電流導入端子６を介して電源に戻るま
で、陽極２と陰極３との間を繰返し往復する。図中の５
はイオンの往復軌道を示す。イオンの衝突によって発生
した中性子や荷電粒子は、ＩＥＣの中心部から放射状に
放出される。
【００１５】図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１の陰
極３の構造を示す立面図と平面図である。図２に示すよ
うに、本実施例の陰極３は、薄板状の高融点金属（本実
施例ではタンタル）からなる金属リング７に、アルミナ
を用いた絶縁カバー８を取り付けて構成される。なお、
金属リング７の幅は７〔mm〕、厚みは０.５ 〔mm〕であ
る。金属リング７をこのように薄くするのは、より多く
のイオンを陰極３の内部に導き、核融合反応によって生
じる中性子や荷電粒子の量を増やすためである。つま
り、陰極３を構成する金属リング７が厚いと陰極３（金
属リング７）に衝突するイオンが多くなり、核融合反応
を起こすイオンが少なくなってしまう。
極３の構造を示す立面図と平面図である。図２に示すよ
うに、本実施例の陰極３は、薄板状の高融点金属（本実
施例ではタンタル）からなる金属リング７に、アルミナ
を用いた絶縁カバー８を取り付けて構成される。なお、
金属リング７の幅は７〔mm〕、厚みは０.５ 〔mm〕であ
る。金属リング７をこのように薄くするのは、より多く
のイオンを陰極３の内部に導き、核融合反応によって生
じる中性子や荷電粒子の量を増やすためである。つま
り、陰極３を構成する金属リング７が厚いと陰極３（金
属リング７）に衝突するイオンが多くなり、核融合反応
を起こすイオンが少なくなってしまう。
【００１６】ここで、陰極を金属リングのみ（絶縁カバ
ー無し）で構成した場合のイオンの衝突について図３を
用いて説明する。図３は、陰極を構成する金属リングの
一部分を示す図である。図から分かるように、陰極に向
かって加速されるイオンや、陰極内部で他のイオンと衝
突せずに陰極から出ていこうとするイオンが衝突するの
は金属リングの端面である。上述した従来技術の場合、
イオンの衝突によって金属リングは高温となり、熱電子
を放出する。また、イオンの衝突により２次電子も放出
される。放出された電子は、陽極に向かって加速され、
陽極或いは真空容器と衝突してエネルギー損失を生じさ
せる。
ー無し）で構成した場合のイオンの衝突について図３を
用いて説明する。図３は、陰極を構成する金属リングの
一部分を示す図である。図から分かるように、陰極に向
かって加速されるイオンや、陰極内部で他のイオンと衝
突せずに陰極から出ていこうとするイオンが衝突するの
は金属リングの端面である。上述した従来技術の場合、
イオンの衝突によって金属リングは高温となり、熱電子
を放出する。また、イオンの衝突により２次電子も放出
される。放出された電子は、陽極に向かって加速され、
陽極或いは真空容器と衝突してエネルギー損失を生じさ
せる。
【００１７】図４は、本実施例の陰極３（絶縁カバー８
が取り付けられた金属リング７）の一部分を示す。な
お、右図は断面図である。断面図から分かるように、絶
縁カバー８はコの字形状をしており、金属リング７の端
面にはめ込まれる。このように、金属リング７の端面に
絶縁カバー８を設けることにより、イオンは主に絶縁カ
バー８に衝突するため絶縁カバー８は高温となるが、絶
縁カバー８は熱電子を放出しない。一方の金属リング７
は、絶縁カバー８が設けられている分、露出面積が少な
くなるため、同じ大きさの金属リングを用いた場合の従
来技術（絶縁カバー無し）に比べて衝突するイオンが減
少し、熱電子の放出量も少なくなる。なお、絶縁カバー
８は輻射により熱エネルギーを放出するため、その熱エ
ネルギーにより金属リング７の温度も若干上昇する。し
かしその温度上昇は、イオンの衝突による温度上昇に比
べて十分に小さいため、熱電子の放出量は少ない。
が取り付けられた金属リング７）の一部分を示す。な
お、右図は断面図である。断面図から分かるように、絶
縁カバー８はコの字形状をしており、金属リング７の端
面にはめ込まれる。このように、金属リング７の端面に
絶縁カバー８を設けることにより、イオンは主に絶縁カ
バー８に衝突するため絶縁カバー８は高温となるが、絶
縁カバー８は熱電子を放出しない。一方の金属リング７
は、絶縁カバー８が設けられている分、露出面積が少な
くなるため、同じ大きさの金属リングを用いた場合の従
来技術（絶縁カバー無し）に比べて衝突するイオンが減
少し、熱電子の放出量も少なくなる。なお、絶縁カバー
８は輻射により熱エネルギーを放出するため、その熱エ
ネルギーにより金属リング７の温度も若干上昇する。し
かしその温度上昇は、イオンの衝突による温度上昇に比
べて十分に小さいため、熱電子の放出量は少ない。
【００１８】このように、本実施例によれば、金属リン
グ７に絶縁カバー８を設けることによって、輻射冷却に
必要とされる表面積を減らすことなく金属リング７の露
出面積を減らせるため、絶縁カバーを設けない同じ大き
さの金属リングを用いた従来技術と比較して、金属リン
グ７の温度上昇を抑制でき、発生する熱電子の量も減少
させることができる。その結果、イオン電流（電源電
流）の減少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐこと
ができるので、核融合反応によって生じる中性子や荷電
粒子の減少を抑制することができる。なお、本実施例に
よる熱電子電流の総量は、本実施例の金属リング７と従
来技術の金属リングとの金属露出面積比程度以下に小さ
くなると考えられる。
グ７に絶縁カバー８を設けることによって、輻射冷却に
必要とされる表面積を減らすことなく金属リング７の露
出面積を減らせるため、絶縁カバーを設けない同じ大き
さの金属リングを用いた従来技術と比較して、金属リン
グ７の温度上昇を抑制でき、発生する熱電子の量も減少
させることができる。その結果、イオン電流（電源電
流）の減少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐこと
ができるので、核融合反応によって生じる中性子や荷電
粒子の減少を抑制することができる。なお、本実施例に
よる熱電子電流の総量は、本実施例の金属リング７と従
来技術の金属リングとの金属露出面積比程度以下に小さ
くなると考えられる。
【００１９】また、本実施例では、導電性の金属リング
７を一部露出させることにより、金属リング７に衝突し
たイオンを電源に戻すことができ、陰極としての機能も
確保される。更に、絶縁カバー８に蓄積された電荷が局
所的な沿面放電により金属リング７に流れ込むため、絶
縁破壊により陰極が損傷することがない。 （実施例２）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図５を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
７を一部露出させることにより、金属リング７に衝突し
たイオンを電源に戻すことができ、陰極としての機能も
確保される。更に、絶縁カバー８に蓄積された電荷が局
所的な沿面放電により金属リング７に流れ込むため、絶
縁破壊により陰極が損傷することがない。 （実施例２）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図５を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
【００２０】図５は、本実施例のＩＥＣの陰極を構成す
る金属リング７の一部分を示す。図に示すように、金属
リング７の端面には、セラミクスを溶射して絶縁皮膜９
が形成される。このような絶縁皮膜９を端面に有する金
属リング７で陰極を構成すると、イオンは主に絶縁皮膜
９に衝突するため絶縁皮膜９の温度は上昇するが、絶縁
被膜９は熱電子を放出せず、輻射冷却により絶縁皮膜９
の温度は下がっていく。このように、本実施例でも、輻
射冷却に必要とされる表面積を減らすことなく金属リン
グ７の露出面積を減らせるため、実施例１と同様の作用
により、金属リング７の温度上昇を抑制でき、発生する
熱電子の量を減少させることができる。その結果、イオ
ン電流の減少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐこ
とができるので、核融合反応によって生じる中性子や荷
電粒子の減少を抑制することができる。 （実施例３）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図６を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
る金属リング７の一部分を示す。図に示すように、金属
リング７の端面には、セラミクスを溶射して絶縁皮膜９
が形成される。このような絶縁皮膜９を端面に有する金
属リング７で陰極を構成すると、イオンは主に絶縁皮膜
９に衝突するため絶縁皮膜９の温度は上昇するが、絶縁
被膜９は熱電子を放出せず、輻射冷却により絶縁皮膜９
の温度は下がっていく。このように、本実施例でも、輻
射冷却に必要とされる表面積を減らすことなく金属リン
グ７の露出面積を減らせるため、実施例１と同様の作用
により、金属リング７の温度上昇を抑制でき、発生する
熱電子の量を減少させることができる。その結果、イオ
ン電流の減少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐこ
とができるので、核融合反応によって生じる中性子や荷
電粒子の減少を抑制することができる。 （実施例３）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図６を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
【００２１】図６は、本実施例のＩＥＣの陰極を構成す
る金属リング７の一部分を示し、右図は断面図である。
図に示すように、本実施例の金属リング７には開口部を
有する絶縁ケース１０が被せられており、このような絶
縁ケース１０で覆われた金属リング７で陰極を構成する
と、イオンは主に絶縁ケース１０に衝突するため絶縁ケ
ース１０の温度は上昇するが、絶縁ケース１０は熱電子
を放出せず、輻射冷却により絶縁ケース１０の温度は下
がっていく。このように、本実施例でも、輻射冷却に必
要とされる表面積を減らすことなく金属リング７の露出
面積を減らせるため、実施例１と同様の作用により、金
属リング７の温度上昇を抑制でき、発生する熱電子の量
を減少させることができる。その結果、イオン電流の減
少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐことができる
ので、核融合反応によって生じる中性子や荷電粒子の減
少を抑制することができる。 （実施例４）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図７を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
る金属リング７の一部分を示し、右図は断面図である。
図に示すように、本実施例の金属リング７には開口部を
有する絶縁ケース１０が被せられており、このような絶
縁ケース１０で覆われた金属リング７で陰極を構成する
と、イオンは主に絶縁ケース１０に衝突するため絶縁ケ
ース１０の温度は上昇するが、絶縁ケース１０は熱電子
を放出せず、輻射冷却により絶縁ケース１０の温度は下
がっていく。このように、本実施例でも、輻射冷却に必
要とされる表面積を減らすことなく金属リング７の露出
面積を減らせるため、実施例１と同様の作用により、金
属リング７の温度上昇を抑制でき、発生する熱電子の量
を減少させることができる。その結果、イオン電流の減
少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐことができる
ので、核融合反応によって生じる中性子や荷電粒子の減
少を抑制することができる。 （実施例４）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図７を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
【００２２】図７は、本実施例のＩＥＣの陰極を構成す
る絶縁リング１１の一部分を示し、絶縁リング１１には
高融点金属（本実施例ではタンタル）からなる金属ワイ
ヤ１２が巻き付けられる。なお、本実施例の絶縁リング
１１は、実施例１の金属リング７と同様に籠状陰極を構
成する。また、本実施例では、金属ワイヤ１２により陰
極全体の電位がほぼ均一に保たれる。
る絶縁リング１１の一部分を示し、絶縁リング１１には
高融点金属（本実施例ではタンタル）からなる金属ワイ
ヤ１２が巻き付けられる。なお、本実施例の絶縁リング
１１は、実施例１の金属リング７と同様に籠状陰極を構
成する。また、本実施例では、金属ワイヤ１２により陰
極全体の電位がほぼ均一に保たれる。
【００２３】本実施例の陰極においては、イオンは絶縁
リング１１と金属ワイヤ１２の両方に衝突するが、金属
ワイヤ１２の表面積は絶縁リング１１の表面積に比べて
十分小さいため、金属ワイヤ１２の温度上昇はさほど大
きくなく、熱電子の発生も抑制される。一方、絶縁リン
グ１１の温度は上昇するが、絶縁リング１１は熱電子を
放出することなく輻射冷却により温度が下がっていく。
このように、本実施例でも、輻射冷却に必要とされる表
面積を減らすことなく陰極における金属の露出面積を減
らせるため、実施例１と同様の作用により、発生する熱
電子の量を減少させることができる。その結果、イオン
電流の減少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐこと
ができるので、核融合反応によって生じる中性子や荷電
粒子の減少を抑制することができる。なお、本実施例で
は、導電性の金属ワイヤ１２により衝突したイオンを電
源に戻すことができ、陰極としての機能も確保される。 （実施例５）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図８を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
リング１１と金属ワイヤ１２の両方に衝突するが、金属
ワイヤ１２の表面積は絶縁リング１１の表面積に比べて
十分小さいため、金属ワイヤ１２の温度上昇はさほど大
きくなく、熱電子の発生も抑制される。一方、絶縁リン
グ１１の温度は上昇するが、絶縁リング１１は熱電子を
放出することなく輻射冷却により温度が下がっていく。
このように、本実施例でも、輻射冷却に必要とされる表
面積を減らすことなく陰極における金属の露出面積を減
らせるため、実施例１と同様の作用により、発生する熱
電子の量を減少させることができる。その結果、イオン
電流の減少が抑制され、核融合反応率の低下を防ぐこと
ができるので、核融合反応によって生じる中性子や荷電
粒子の減少を抑制することができる。なお、本実施例で
は、導電性の金属ワイヤ１２により衝突したイオンを電
源に戻すことができ、陰極としての機能も確保される。 （実施例５）本発明の他の実施例であるＩＥＣについて
図８を用いて説明する。本実施例のＩＥＣは、陰極の構
造以外は実施例１と同様であるので、陰極の構造につい
てのみ説明する。
【００２４】図８は、本実施例のＩＥＣの陰極を構成す
る絶縁リング１１の一部分を示し、絶縁リング１１の表
面には、金属溶射により導電性の金属被膜１３が設けら
れる。なお、本実施例の絶縁リング１１は、実施例４の
絶縁リング１１と同様に籠状陰極を構成する。図に示す
ように、金属被膜１３を絶縁リング１１の中央付近に配
置することにより、イオンは主に絶縁リング１１に衝突
するため、絶縁リング１１の温度は上昇するが、絶縁リ
ング１１は熱電子を放出することなく輻射冷却により温
度が下がっていく。このように、本実施例でも、輻射冷
却に必要とされる表面積を減らすことなく陰極における
金属の露出面積を減らせるため、実施例１と同様の作用
により、発生する熱電子の量を減少させることができ
る。その結果、イオン電流の減少が抑制され、核融合反
応率の低下を防ぐことができるので、核融合反応によっ
て生じる中性子や荷電粒子の減少を抑制することができ
る。なお、本実施例では、導電性の金属被膜１３により
衝突したイオンを電源に戻すことができ、陰極としての
機能も確保される。
る絶縁リング１１の一部分を示し、絶縁リング１１の表
面には、金属溶射により導電性の金属被膜１３が設けら
れる。なお、本実施例の絶縁リング１１は、実施例４の
絶縁リング１１と同様に籠状陰極を構成する。図に示す
ように、金属被膜１３を絶縁リング１１の中央付近に配
置することにより、イオンは主に絶縁リング１１に衝突
するため、絶縁リング１１の温度は上昇するが、絶縁リ
ング１１は熱電子を放出することなく輻射冷却により温
度が下がっていく。このように、本実施例でも、輻射冷
却に必要とされる表面積を減らすことなく陰極における
金属の露出面積を減らせるため、実施例１と同様の作用
により、発生する熱電子の量を減少させることができ
る。その結果、イオン電流の減少が抑制され、核融合反
応率の低下を防ぐことができるので、核融合反応によっ
て生じる中性子や荷電粒子の減少を抑制することができ
る。なお、本実施例では、導電性の金属被膜１３により
衝突したイオンを電源に戻すことができ、陰極としての
機能も確保される。
【００２５】以上説明したように、各実施例では、陰極
３の表面を金属部分と絶縁物部分とで構成することによ
って、輻射冷却に必要とされる表面積を確保しつつ、熱
電子を発生する金属部分の露出面積を減少させている。
３の表面を金属部分と絶縁物部分とで構成することによ
って、輻射冷却に必要とされる表面積を確保しつつ、熱
電子を発生する金属部分の露出面積を減少させている。
【００２６】なお、以上説明した各実施例では、金属リ
ング７や金属ワイヤ１２の材料としてタンタルを用いる
例を説明したが、その他の金属で構成しても構わない。
また、絶縁カバー８や絶縁ケース１０などの絶縁部分に
ついては、アルミナを用いる例を説明したが、その他の
絶縁物を用いても構わない。
ング７や金属ワイヤ１２の材料としてタンタルを用いる
例を説明したが、その他の金属で構成しても構わない。
また、絶縁カバー８や絶縁ケース１０などの絶縁部分に
ついては、アルミナを用いる例を説明したが、その他の
絶縁物を用いても構わない。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、陰極にイオンが衝突す
ることによって発生する熱電子の数を減少させることが
できる。
ることによって発生する熱電子の数を減少させることが
できる。
【図１】本発明の好適な一実施例である慣性静電閉じ込
め核融合装置の構成図である。
め核融合装置の構成図である。
【図２】図１の陰極３の構造図である。
【図３】金属リングにおけるイオンの衝突の様子を示す
図である。
図である。
【図４】図２の金属リング７の一部分を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例である慣性静電閉じ込め核
融合装置の陰極として用いられる金属リング７の一部分
を示す図である。
融合装置の陰極として用いられる金属リング７の一部分
を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例である慣性静電閉じ込め核
融合装置の陰極として用いられる金属リング７の一部分
を示す図である。
融合装置の陰極として用いられる金属リング７の一部分
を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例である慣性静電閉じ込め核
融合装置の陰極として用いられる絶縁リング１１の一部
分を示す図である。
融合装置の陰極として用いられる絶縁リング１１の一部
分を示す図である。
【図８】本発明の他の実施例である慣性静電閉じ込め核
融合装置の陰極として用いられる絶縁リング１１の一部
分を示す図である。
融合装置の陰極として用いられる絶縁リング１１の一部
分を示す図である。
１…真空容器、２…陽極、３…陰極、４…イオン、５…
イオンの往復軌道、６…電流導入端子、７…金属リン
グ、８…絶縁カバー、９…絶縁皮膜、１０…絶縁ケー
ス、１１…絶縁リング、１２…金属ワイヤ、１３…金属
被膜。
イオンの往復軌道、６…電流導入端子、７…金属リン
グ、８…絶縁カバー、９…絶縁皮膜、１０…絶縁ケー
ス、１１…絶縁リング、１２…金属ワイヤ、１３…金属
被膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 隆司 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 樋口 佳也 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 長峯 嘉彦 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】内部に空間を有する陽極と、前記陽極の内
部空間に配置された陰極と、前記陽極と前記陰極との間
に電圧を印加する電源とを有し、イオン同士の衝突によ
り中性子或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め
核融合装置において、 前記陰極は、表面に金属部分と絶縁物部分とを有するこ
とを特徴とする慣性静電閉じ込め核融合装置。 - 【請求項２】前記絶縁物部分は、前記陰極表面のうちの
前記陽極に対向する箇所に設けられることを特徴とする
請求項１記載の慣性静電閉じ込め核融合装置。 - 【請求項３】内部に空間を有する陽極と、前記陽極の内
部空間に配置された陰極と、前記陽極と前記陰極との間
に電圧を印加する電源とを有し、イオン同士の衝突によ
り中性子或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め
核融合装置において、 前記陰極は、金属材料からなるリング状の金属リングを
複数用いて籠状に形成され、前記金属リングは、端面に
絶縁物部分を有することを特徴とする慣性静電閉じ込め
核融合装置。 - 【請求項４】内部に空間を有する陽極と、前記陽極の内
部空間に配置された陰極と、前記陽極と前記陰極との間
に電圧を印加する電源とを有し、イオン同士の衝突によ
り中性子或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め
核融合装置において、 前記陰極は、絶縁材料からなるリング状の絶縁リングを
複数用いて籠状に形成され、前記絶縁リングは、中央に
金属部分を有することを特徴とする慣性静電閉じ込め核
融合装置。 - 【請求項５】内部に空間を有する陽極と、前記陽極の内
部空間に配置された陰極と、前記陽極と前記陰極との間
に電圧を印加する電源とを有し、イオン同士の衝突によ
り中性子或いは荷電粒子を発生させる慣性静電閉じ込め
核融合装置において、 前記陰極は、絶縁材料からなるリング状の絶縁リングを
複数用いて籠状に形成され、前記絶縁リングには金属ワ
イヤが巻かれることを特徴とする慣性静電閉じ込め核融
合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000254248A JP2002062387A (ja) | 2000-08-21 | 2000-08-21 | 慣性静電閉じ込め核融合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000254248A JP2002062387A (ja) | 2000-08-21 | 2000-08-21 | 慣性静電閉じ込め核融合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062387A true JP2002062387A (ja) | 2002-02-28 |
Family
ID=18743228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000254248A Pending JP2002062387A (ja) | 2000-08-21 | 2000-08-21 | 慣性静電閉じ込め核融合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002062387A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7380641B2 (en) | 2003-12-08 | 2008-06-03 | Inventio Ag | Elevator with a control using optical fibers |
| JP2008202942A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Kyoto Univ | 核融合中性子生成装置 |
| CN113096844A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-09 | 西安交通大学 | 一种新型热离子核反应堆电源 |
-
2000
- 2000-08-21 JP JP2000254248A patent/JP2002062387A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7380641B2 (en) | 2003-12-08 | 2008-06-03 | Inventio Ag | Elevator with a control using optical fibers |
| JP2008202942A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Kyoto Univ | 核融合中性子生成装置 |
| CN113096844A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-09 | 西安交通大学 | 一种新型热离子核反应堆电源 |
| CN113096844B (zh) * | 2021-03-25 | 2023-02-03 | 西安交通大学 | 一种新型热离子核反应堆电源 |
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