JP2002168982A - Inertia electrostatic containment device - Google Patents

Inertia electrostatic containment device

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JP2002168982A
JP2002168982A JP2000369115A JP2000369115A JP2002168982A JP 2002168982 A JP2002168982 A JP 2002168982A JP 2000369115 A JP2000369115 A JP 2000369115A JP 2000369115 A JP2000369115 A JP 2000369115A JP 2002168982 A JP2002168982 A JP 2002168982A
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intermediate electrode
confinement device
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幸雄 川久保
Kazuhiro Takeuchi
一浩 竹内
Masanobu Tanaka
政信 田中
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inertia electrostatic containment device capable of stably applying a high voltage of 100 kV class effective for generating neutrons between a negative electrode and a positive electrode. SOLUTION: A cage type spherical intermediate electrode 4 is concentrically positioned in a space between the positive electrode 3 and the negative electrode 4. An electric potential of a predetermined high voltage is applied to the intermediate electrode 4 from a power source.

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、加速したイオンを
静電的に閉じ込め、核融合により中性子を発生する慣性
静電閉じ込め装置に関する。
The present invention relates to an inertial electrostatic confinement device for electrostatically confining accelerated ions and generating neutrons by nuclear fusion.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンパクトな構造の中性子源として、慣
性静電閉じ込め装置が検討されている。慣性静電閉じ込
め装置としては、たとえば、"Current Trends in Inter
national Fusion Reserch, Proceedings of the Second
Symposium (1999), p.177-178" に記載されているよう
に、米国イリノイ大学で研究開発された装置は、小型の
球状真空容器内に高電圧の球状かご型電極を備えた簡単
な構成になっている。この装置は真空容器壁を陽極(接
地電位)、中心のかご型電極を陰極とし、陰極に−65
kVの高電圧が印加できる構成になっている。陰極は1
個の電流導入端子により、真空容器壁に固定されてい
る。電流導入端子は、大気側および真空側で十分な高電
圧に耐えるだけの耐電圧性能と真空容器の一部としての
気密性を持っている。ガス供給系と真空ポンプにより真
空容器内のガス圧が調整されている。この装置では、陽
極と陰極の間に印加した高電圧により、この陰極・陽極
間の空間でグロー放電を形成するとともに、グロー放電
により生成されたイオンを同じ陰極・陽極間の空間で加
速する。加速されたイオンはかご型の陰極を通り抜け、
その後減速されながら反対側の陽極近傍まで進みそこで
反転し、再度、陽極・陰極間で加速され...と、一部
軌道を変えながら何度か往復運動をする。このように静
電的に閉じ込められたイオンは、装置の構成上、球状か
ご型陰極の中心付近でその密度が最大になる。ガス種に
重水素(D)や三重水素(T)を用いると、これらのイ
オン同士やイオンと中性ガスとの衝突の際に核融合(D
−D反応またはD−T反応)がおこり、中性子が発生す
る。核融合反応の大部分は閉じ込めによりイオンの密度
が高くなる球状かご型陰極の中心でおこる。
2. Description of the Related Art As a neutron source having a compact structure, an inertial electrostatic confinement device has been studied. Examples of inertial confinement devices include “Current Trends in Inter
national Fusion Reserch, Proceedings of the Second
As described in Symposium (1999), p.177-178 ", the device developed at the University of Illinois in the United States has a simple configuration with a high-voltage spherical cage electrode in a small spherical vacuum vessel. In this apparatus, the vacuum vessel wall is used as an anode (ground potential), the center cage electrode is used as a cathode, and -65 is used as a cathode.
The configuration is such that a high voltage of kV can be applied. The cathode is 1
It is fixed to the vacuum vessel wall by the current introduction terminals. The current introduction terminal has a withstand voltage performance enough to withstand a sufficiently high voltage on the atmosphere side and the vacuum side, and has airtightness as a part of a vacuum vessel. The gas pressure in the vacuum vessel is adjusted by a gas supply system and a vacuum pump. In this device, a high voltage applied between the anode and the cathode forms a glow discharge in the space between the cathode and the anode, and accelerates ions generated by the glow discharge in the same space between the cathode and the anode. The accelerated ions pass through the cage cathode,
Then, while decelerating, it travels to the opposite side of the anode, reverses there, and is accelerated again between the anode and cathode. . . And reciprocating several times while changing the orbit partially. Due to the configuration of the device, the density of ions electrostatically confined in this manner becomes maximum near the center of the spherical cage cathode. When deuterium (D) or tritium (T) is used as a gas type, nuclear fusion (D) occurs when these ions collide with each other or when ions collide with a neutral gas.
-D reaction or DT reaction), and neutrons are generated. Most of the fusion reactions take place at the center of the spherical cage cathode where the density of ions increases due to confinement.

【0003】また、例えば、"18th IEEE/NPSS Symposiu
m on Fusion Engineering, Oct. 25-29, 1999, OA1-3"
において、LANLが発表した装置では、直径約300mmの小
型の球状真空容器内に備えた同心球状の陽極(外側)と
陰極(内側)の間に75kVの高電圧を印加し、陽極外部で
生成された低エネルギーのイオンを陽極・陰極間で加速
する構成になっている。この装置では外側の球状陽極
(接地電位)と球状真空容器壁(接地電位)の間にさら
にかご型の球状電極(1kV以下の正電位を印加)を設
け、真空容器壁と陽極の間の空間でグロー放電を形成
し、これにより低エネルギーのイオンを生成している。
さらにこのグロー放電を安定に形成するための手段とし
て真空容器壁に6個の電子銃を備えている。
[0003] For example, "18th IEEE / NPSS Symposiu
m on Fusion Engineering, Oct. 25-29, 1999, OA1-3 "
In the device announced by LANL, a high voltage of 75 kV is applied between a concentric spherical anode (outside) and a cathode (inside) provided in a small spherical vacuum vessel with a diameter of about 300 mm, and is generated outside the anode. The low energy ions are accelerated between the anode and cathode. In this device, a cage-shaped spherical electrode (applied a positive potential of 1 kV or less) is further provided between the outer spherical anode (ground potential) and the spherical vacuum vessel wall (ground potential) to provide a space between the vacuum vessel wall and the anode. To form a glow discharge, thereby generating low energy ions.
Further, as means for stably forming the glow discharge, six electron guns are provided on the wall of the vacuum vessel.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】加速されたイオンの衝
突により核融合をおこし中性子を発生する反応断面積
は、イオンの加速エネルギーに依存し、D−D反応、D
−T反応いずれの場合も100keV程度までは比例以
上の関係で増加する。特に反応断面積が他より大きなD
−T反応では100keVを少し超えたあたりにピーク
を有している。したがって、中性子の発生数を増やす一
つの有効な方法は、陰極・陽極間に100kV程度の高
電圧を安定して印加できるようにすることである。
The reaction cross section for generating neutrons by causing nuclear fusion by collision of accelerated ions depends on the acceleration energy of the ions.
In any case of the -T reaction, it increases in a proportional or more relationship up to about 100 keV. Especially, the reaction cross section is larger than other D
The -T reaction has a peak at a little over 100 keV. Therefore, one effective method for increasing the number of neutrons generated is to enable a high voltage of about 100 kV to be stably applied between the cathode and the anode.

【0005】しかしながら、上述の従来技術において
は、陽極(低電圧:ここでは接地電位)と陰極(負極性
高電圧)との間に印加される高電圧は設計仕様で65k
V〜75kV、実験値で40kV〜60kVにとどまっ
ており、十分な中性子が発生できないという問題があっ
た。
However, in the above-mentioned prior art, the high voltage applied between the anode (low voltage: ground potential in this case) and the cathode (high negative voltage) is 65 k in design specification.
V to 75 kV, and the experimental value is limited to 40 kV to 60 kV, and there was a problem that sufficient neutrons could not be generated.

【0006】本発明の目的は、陰極・陽極間に中性子の
発生に有効な100kV級の高電圧を安定して印加でき
る慣性静電閉じ込め装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an inertial electrostatic confinement device capable of stably applying a high voltage of the order of 100 kV effective for generating neutrons between a cathode and an anode.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、真空容器内に配置された球状陽極
と、この球状陽極の内周側に同心的に配置されたかご型
球状陰極と、上記球状陽極の外部の空間に設けられたプ
ラズマ室と、上記陽極・陰極間に高電圧を印加する高電
圧電源を有する慣性静電閉じ込め装置において、上記陽
極と上記陰極の間の空間に同心的に配置されたかご型球
状中間電極と、この中間電極に所定の高電圧の電位を与
える高電圧印加手段を備えるようにしたものである。か
かる構成により、陰極・陽極間に中性子の発生に有効な
100kV級の高電圧を安定して印加し得るものとな
る。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a spherical anode disposed in a vacuum vessel and a basket concentrically disposed on the inner peripheral side of the spherical anode. Type spherical cathode, a plasma chamber provided in a space outside the spherical anode, and an inertial electrostatic confinement device having a high voltage power supply for applying a high voltage between the anode and the cathode, wherein the And a high-voltage application means for applying a predetermined high-voltage potential to this intermediate electrode. With such a configuration, a high voltage of 100 kV class effective for generating neutrons can be stably applied between the cathode and the anode.

【0008】(2)上記(1)において、好ましくは、
上記高電圧印加手段は、上記中間電極がない場合の中間
電極の位置の電位の大きさ(絶対値)よりも大きい電位
を上記中間電極に印加するようにしたものである。
(2) In the above (1), preferably,
The high voltage applying means applies a potential larger than the magnitude (absolute value) of the potential at the position of the intermediate electrode in the absence of the intermediate electrode to the intermediate electrode.

【0009】(3)上記(1)において、好ましくは、
上記陰極及び中間電極に電位を与える電流導入端子は、
互いに同軸状の絶縁体と導電体とで構成するようにした
ものである。
(3) In the above (1), preferably,
A current introduction terminal for applying a potential to the cathode and the intermediate electrode,
It is constituted by an insulator and a conductor which are coaxial with each other.

【0010】(4)上記(1)において、好ましくは、
上記陰極及び中間電極に電位を与える電流導入端子は、
上記球状陽極およびかご型球状陰極の中心に対して互い
に対向する位置に配置するようにしたものである。
(4) In the above (1), preferably,
A current introduction terminal for applying a potential to the cathode and the intermediate electrode,
The spherical anode and the cage spherical cathode are arranged at positions facing each other with respect to the center.

【0011】(5)上記(1)において、好ましくは、
上記陰極に電位を与える上記電源と上記中間電極に電位
を与える上記高電圧印加手段は、1個の高電圧電源と抵
抗分圧器から構成するようにしたものである。
(5) In the above (1), preferably,
The power supply for applying a potential to the cathode and the high voltage applying means for applying a potential to the intermediate electrode are constituted by one high voltage power supply and a resistive voltage divider.

【0012】(6)上記(1)において、好ましくは、
上記陰極に電位を与える上記電源と上記中間電極に電位
を与える上記高電圧印加手段は、絶縁変圧器と、その2
次側に接続される複数個の電源を出力側で直列接続する
ようにしたものである。
(6) In the above (1), preferably,
The power supply for applying a potential to the cathode and the high voltage applying means for applying a potential to the intermediate electrode include: an insulating transformer;
A plurality of power supplies connected to the next side are connected in series on the output side.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図3を用いて、本発
明の第1の実施形態による慣性静電閉じ込め装置の構成
について説明する。最初に、図1を用いて、本実施形態
による慣性静電閉じ込め装置の全体構成について説明す
る。図1は、本発明の第1の実施形態による慣性静電閉
じ込め装置の全体構成を示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A configuration of an inertial electrostatic confinement device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, the overall configuration of the inertial electrostatic confinement device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view showing the overall configuration of the inertial electrostatic confinement device according to the first embodiment of the present invention.

【0014】慣性静電閉じ込め装置1は、球状の真空容
器2内に、大半径Raの球状陽極3と、この陽極3と同
心で小半径Rkのかご型球状陰極4とを備えている。陽
極3には、イオンを引き出すための複数の開口部3a,
3b,…,3fが設けられている。さらに、本実施形態
においては、陽極3と陰極4の間の空間に、陽極3およ
び陰極4と同心で、陽極3の半径Raより小さく、陰極
4の半径Rkより大きい半径Rmをもつ1個のかご型球
状中間電極5を備えている。ここで、陰極4や中間電極
5の形状である「かご型球状」とは、具体的には、金属
ワイヤや金属パイプあるいは金属板をリング状に整形し
たものを数本組み合わせて外形がほぼ球状のかごを形成
するようにしたものである。特に、陰極4には、高融点
材のタンタルやタングステンを用いている。なお、陽極
3,陰極4,中間電極5は、同心状に配置されているも
のとしているが、各球状電極の中心は、少し(例えば、
10%程度)ずれていても良いものである。このよう
に、少しずれたものも含めて、陽極3,陰極4,中間電
極5は、同心的に配置されていると称するとともに、以
下の各実施形態についても同様である。また、各電極の
形状は、球状に限らず、楕円体形状でもよいものであ
る。
The inertial electrostatic confinement apparatus 1 includes a spherical vacuum vessel 2 having a spherical anode 3 having a large radius Ra and a cage spherical cathode 4 having a small radius Rk concentric with the anode 3. The anode 3 has a plurality of openings 3a for extracting ions,
, 3f are provided. Furthermore, in the present embodiment, one space Rm having a radius smaller than the radius Ra of the anode 3 and larger than the radius Rk of the cathode 4 is concentric with the anode 3 and the cathode 4 in the space between the anode 3 and the cathode 4. A cage-shaped spherical intermediate electrode 5 is provided. Here, the “cage-shaped sphere” which is the shape of the cathode 4 and the intermediate electrode 5 is, specifically, a metal wire, a metal pipe, or a metal plate formed into a ring shape and the outer shape is substantially spherical. It is intended to form a basket. In particular, the cathode 4 uses tantalum or tungsten as a high melting point material. Although the anode 3, the cathode 4, and the intermediate electrode 5 are arranged concentrically, the center of each spherical electrode is slightly (for example,
(About 10%). As described above, the anode 3, the cathode 4, and the intermediate electrode 5, including those slightly shifted, are referred to as being arranged concentrically, and the same applies to the following embodiments. Further, the shape of each electrode is not limited to a spherical shape, but may be an ellipsoidal shape.

【0015】さらに、真空容器2の壁を貫通するよう
に、同軸状の高電圧電流導入端子6を備えている。導入
端子6は、直線状中心導体60の外側に設けられたアル
ミナセラミック等の円筒状絶縁体62と、絶縁体62の
外側に設けられた銅またはステンレス鋼等の円筒状導体
61と、導体61の外側に設けられた円筒状絶縁体63
とが同軸状に構成されたものである。導入端子6は、大
気―真空容器間の気密を保つとともに、陰極4や中間電
極5を構造的に支持し、陰極4や中間電極5に独立に電
位を与えることができる。すなわち、導入端子6の構成
においては、陽極3,陰極4,中間電極5は、互いに電
気的に絶縁され得る。
Further, a coaxial high voltage current introducing terminal 6 is provided so as to penetrate the wall of the vacuum vessel 2. The introduction terminal 6 includes a cylindrical insulator 62 such as alumina ceramic provided outside the linear center conductor 60, a cylindrical conductor 61 such as copper or stainless steel provided outside the insulator 62, and a conductor 61. Cylindrical insulator 63 provided outside
Are coaxially configured. The introduction terminal 6 keeps the airtightness between the atmosphere and the vacuum vessel, structurally supports the cathode 4 and the intermediate electrode 5, and can independently apply a potential to the cathode 4 and the intermediate electrode 5. That is, in the configuration of the introduction terminal 6, the anode 3, the cathode 4, and the intermediate electrode 5 can be electrically insulated from each other.

【0016】真空容器2の外部には、2個の高電圧電源
7,8が備えられている。高電圧電源7,8のそれぞれ
の出力端子7k,8mは、同軸状導入端子6の接続端子
6k,6mにそれぞれ接続され、陰極4および中間電極
5に所定の電位を与えている。導入端子6の絶縁体の大
気側の外面は、沿面の耐電圧をあげるために、図示は省
略しているが、ひだ状に構成されている。
Outside the vacuum vessel 2, two high-voltage power supplies 7, 8 are provided. The output terminals 7k, 8m of the high-voltage power supplies 7, 8 are respectively connected to the connection terminals 6k, 6m of the coaxial introduction terminal 6, and apply a predetermined potential to the cathode 4 and the intermediate electrode 5. The outer surface of the insulator of the introduction terminal 6 on the atmosphere side is formed in a pleated shape, although not shown, in order to increase the withstand voltage of the creeping surface.

【0017】また、真空容器2の内部の空間で陽極3の
外側の空間には、プラズマ室10を設けている。プラズ
マ室10にはフィラメント11を配置し、これを外部の
電源12により加熱し、熱電子を発生させている。さら
に、プラズマ室10には、かご型の球状電極13を配置
し、抵抗14を介して電源15に接続している。
A plasma chamber 10 is provided in a space inside the vacuum vessel 2 and outside the anode 3. A filament 11 is disposed in the plasma chamber 10 and is heated by an external power supply 12 to generate thermoelectrons. Further, a cage-shaped spherical electrode 13 is arranged in the plasma chamber 10, and is connected to a power supply 15 via a resistor 14.

【0018】核融合反応に必要な重水素等の原料ガス
は、外部のガスボンベ20およびバルブ21等のガス流
量調整手段からなるガス供給系により、プラズマ室10
を経て真空容器2の内部に導入し、真空容器2に連通す
る真空ポンプ22により排気する。これらのガス供給系
およびガス排気系を適切に設定することにより、真空容
器内のガス圧を所要の値に設定する。
A source gas such as deuterium necessary for the nuclear fusion reaction is supplied to the plasma chamber 10 by a gas supply system comprising an external gas cylinder 20 and a gas flow adjusting means such as a valve 21.
Through the vacuum vessel 2 and evacuated by a vacuum pump 22 communicating with the vacuum vessel 2. By appropriately setting the gas supply system and the gas exhaust system, the gas pressure in the vacuum vessel is set to a required value.

【0019】次に、図2を用いて、本実施形態による慣
性静電閉じ込め装置における真空容器内部の電位分布に
ついて説明する。図2は、本発明の第1の実施形態によ
る慣性静電閉じ込め装置における真空容器内部の電位分
布の説明図である。
Next, the potential distribution inside the vacuum vessel in the inertial electrostatic confinement device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of a potential distribution inside a vacuum vessel in the inertial electrostatic confinement device according to the first embodiment of the present invention.

【0020】本実施形態による慣性静電閉じ込め装置1
において、陽極3を接地電位とし、陰極4に負極性の高
電圧、たとえば−100kVを印加する。中間電極5に
は、絶縁耐圧の範囲内で任意の高電圧を印加することが
できるが、本実施形態では−50kVを印加している。
The inertial electrostatic confinement device 1 according to the present embodiment
, The anode 3 is set to the ground potential, and a negative high voltage, for example, -100 kV is applied to the cathode 4. An arbitrary high voltage can be applied to the intermediate electrode 5 within the range of the withstand voltage. In the present embodiment, -50 kV is applied.

【0021】真空容器2の内部全体が、理想的な真空状
態,すなわちガスが存在せず、したがってプラズマも存
在しない場合、陰極・陽極間の電位分布は、図2の実線
Aのようになる。一方、比較のために、同一条件で中間
電極がない場合の陰極・陽極間の電位分布は、図2の一
点鎖線Bのようになる。
When the entire interior of the vacuum vessel 2 is in an ideal vacuum state, that is, when there is no gas and therefore no plasma is present, the potential distribution between the cathode and the anode is as shown by the solid line A in FIG. On the other hand, for comparison, the potential distribution between the cathode and anode when there is no intermediate electrode under the same conditions is as shown by the dashed line B in FIG.

【0022】中間電極がない場合には、一点鎖線Bに示
すように、電位の傾き,すなわち、電界強度(絶対値)
は、外側の陽極部(R=Ra)でもっとも小さく、球の
中心部の陰極に近づくにつれ次第に強くなり、陰極部
(R=Rk)で最大となる。従って、陽極・陰極間に1
00kVの高電圧を印加すると、陰極部の電界強度が大
きく成りすぎるため、絶縁破壊を生じることとなり、あ
まり高電圧を印加することができないものである。
When there is no intermediate electrode, the gradient of the potential, that is, the electric field strength (absolute value)
Is smallest at the outer anode portion (R = Ra), becomes gradually stronger as approaching the cathode at the center of the sphere, and becomes largest at the cathode portion (R = Rk). Therefore, one between the anode and cathode
When a high voltage of 00 kV is applied, the electric field strength of the cathode portion becomes too large, so that a dielectric breakdown occurs, so that a very high voltage cannot be applied.

【0023】ここで、中間電極6に印加する電圧は、次
のようにしている。即ち、一点鎖線Bで示す中間電極が
無い場合、球中心からの距離Rm(実線Aにおける中間
電極6の位置)での電位は−20kVである。そこで、
本実施形態では、陽極3に対する中間電極6の電位の大
きさ(絶対値:50kV)が、他は同一条件で中間電極
6がない場合のその位置での電位の大きさ(絶対値:2
0kV)よりも大きくなるように設定している。ちなみ
に、図2において、球中心からの距離Rm’(Rk<R
m’<Rm)に中間電極6を配置し、−50kVを印加
すれば、曲線Aは曲線Bと一致するようになる。図2か
ら明らかなように、本実施形態(実線A)では陰極近傍
での電界強度は、中間電極がない場合(一点鎖線B)も
小さくなる。したがって、本実施形態では、陰極4の近
傍における絶縁破壊がおこりにくく、十分な高電圧(−
100kV)を、陰極に安定して印加することができ
る。
Here, the voltage applied to the intermediate electrode 6 is as follows. That is, when there is no intermediate electrode indicated by the one-dot chain line B, the potential at the distance Rm from the center of the sphere (the position of the intermediate electrode 6 in the solid line A) is −20 kV. Therefore,
In the present embodiment, the magnitude of the potential of the intermediate electrode 6 with respect to the anode 3 (absolute value: 50 kV) is the magnitude of the potential at that position (absolute value: 2 kV) when there is no intermediate electrode 6 under the same other conditions.
0 kV). Incidentally, in FIG. 2, the distance Rm ′ (Rk <R
If the intermediate electrode 6 is arranged at m '<Rm) and -50 kV is applied, the curve A becomes coincident with the curve B. As is clear from FIG. 2, in the present embodiment (solid line A), the electric field intensity near the cathode is small even when there is no intermediate electrode (dashed line B). Therefore, in the present embodiment, dielectric breakdown near the cathode 4 is unlikely to occur, and a sufficiently high voltage (−
100 kV) can be stably applied to the cathode.

【0024】プラズマ室10で生成されたイオンは、陽
極3に設けられた複数の開口部3a,…,3fを通って
加速空間(陽極3−中間電極5−陰極4)へ引き出さ
れ、加速された後、陽極・陰極間で往復運動(加速また
は減速)を繰り返しながら互いに衝突し、核融合反応を
おこし中性子を発生する。本実施形態(実線A)では陽
極付近での電界強度が、中間電極がない場合(一点鎖線
B)に比べて強くなるので、プラズマ室10からのイオ
ンの引き出しが容易になる。
The ions generated in the plasma chamber 10 are extracted through a plurality of openings 3a,..., 3f provided in the anode 3 into an acceleration space (anode 3−intermediate electrode 5−cathode 4) and accelerated. After that, they collide with each other while repeating reciprocating motion (acceleration or deceleration) between the anode and cathode, causing a nuclear fusion reaction to generate neutrons. In the present embodiment (solid line A), the electric field strength near the anode is stronger than that without the intermediate electrode (dashed-dotted line B), so that the extraction of ions from the plasma chamber 10 is facilitated.

【0025】ここで、図3を用いて、重水素エネルギー
と核融合反応断面積の関係について説明する。図3は、
重水素エネルギーと核融合反応断面積の関係の説明図で
ある。
Here, the relationship between the deuterium energy and the cross section of the nuclear fusion reaction will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a relationship between deuterium energy and a fusion reaction cross section.

【0026】図3において、横軸は重水素エネルギー
(keV)を示し、縦軸は核融合反応断面積(barn
s)を示している。加速されたイオンの衝突により核融
合をおこし中性子を発生する反応断面積は、イオンの加
速エネルギーに依存し、D−D反応、D−T反応いずれ
の場合も100keV程度までは比例以上の関係で増加
する。特に反応断面積が他より大きなD−T反応では1
00keVを少し超えたあたりにピークを有している。
したがって、陰極・陽極間に100kV程度の高電圧を
安定して印加できれば、中性子の発生数を増やすことが
できる。
In FIG. 3, the horizontal axis represents deuterium energy (keV), and the vertical axis represents a fusion reaction cross section (barn).
s). The reaction cross-section that causes nuclear fusion by collision of accelerated ions and generates neutrons depends on the acceleration energy of the ions. In both cases of the DD and DT reactions, the reaction cross section is more than proportional to about 100 keV. To increase. In particular, for a DT reaction having a larger reaction cross section than the others, 1
It has a peak slightly above 00 keV.
Therefore, if a high voltage of about 100 kV can be stably applied between the cathode and the anode, the number of neutrons generated can be increased.

【0027】本実施形態によれば、加速電圧が−100
kV程度まで安定して印加できるので、従来装置に比
べ、中性子の発生が飛躍的に増大することができる。
According to this embodiment, the acceleration voltage is -100.
Since the voltage can be stably applied to about kV, the generation of neutrons can be dramatically increased as compared with the conventional apparatus.

【0028】次に、図4を用いて、本発明の第2の実施
形態による慣性静電閉じ込め装置の構成について説明す
る。図4は、本発明の第2の実施形態による慣性静電閉
じ込め装置の要部の構成を示す断面図である。なお、図
1と同一符号は同一部分を示している。また、図1に示
した真空容器2や、プラズマ室10,フィラメント1
1,かご型の球状電極13,抵抗14,電源15,ガス
ボンベ20,バルブ21,真空ポンプ22については、
同一の構成を備えているものであるが、ここでは、図示
を省略している。
Next, the configuration of the inertial electrostatic confinement device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. Further, the vacuum vessel 2 shown in FIG.
1, a cage-shaped spherical electrode 13, a resistor 14, a power supply 15, a gas cylinder 20, a valve 21, and a vacuum pump 22
Although they have the same configuration, they are not shown here.

【0029】本実施形態では、分圧用抵抗70,80を
備えている。高電圧電源7から供給される高電圧は、抵
抗70,80によって抵抗分圧され、陰極4には端子6
kから、例えば,−100kVが印加され、中間電極5
には端子8mから、例えば,−50kVが印可される。
In this embodiment, the resistors 70 and 80 for voltage division are provided. The high voltage supplied from the high-voltage power supply 7 is divided by resistors 70 and 80, and the cathode 4 has a terminal 6 connected thereto.
k, for example, -100 kV is applied and the intermediate electrode 5
For example, -50 kV is applied from the terminal 8m.

【0030】各分圧抵抗70,80は、分担すべき高電
圧に十分耐えるとともに、抵抗への分流電流がビーム電
流に比べ十分低くなるように設定されている。たとえ
ば、100mAのビーム電流に対しては、50kVの分
担電圧に対して1mA以下の漏れ電流になるように、抵
抗値は50MΩ以上が設定されている。
Each of the voltage dividing resistors 70 and 80 is set so as to sufficiently withstand a high voltage to be shared, and to have a current shunting to the resistors sufficiently lower than a beam current. For example, for a beam current of 100 mA, the resistance value is set to 50 MΩ or more so that a leakage current of 1 mA or less occurs for a shared voltage of 50 kV.

【0031】本実施形態によれば、加速電圧が−100
kV程度まで安定して印加でき、中性子の発生が飛躍的
に増大することができる。また、高電圧電源を1個とす
ることができ、装置コストを低減することができる。
According to this embodiment, the acceleration voltage is -100.
The voltage can be stably applied up to about kV, and the generation of neutrons can be dramatically increased. In addition, the number of high voltage power supplies can be reduced to one, and the apparatus cost can be reduced.

【0032】次に、図5を用いて、本発明の第3の実施
形態による慣性静電閉じ込め装置の構成について説明す
る。図5は、本発明の第3の実施形態による慣性静電閉
じ込め装置の要部の構成を示す断面図である。なお、図
1と同一符号は同一部分を示している。また、図1に示
した真空容器2や、プラズマ室10,フィラメント1
1,かご型の球状電極13,抵抗14,電源15,ガス
ボンベ20,バルブ21,真空ポンプ22については、
同一の構成を備えているものであるが、ここでは、図示
を省略している。
Next, the configuration of an inertial electrostatic confinement device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. Further, the vacuum vessel 2 shown in FIG.
1, a cage-shaped spherical electrode 13, a resistor 14, a power supply 15, a gas cylinder 20, a valve 21, and a vacuum pump 22
Although they have the same configuration, they are not shown here.

【0033】本実施形態では、陰極3と陽極4の間の加
速空間に、2つの中間電極5A,5Bを配置している。
また、電源として、高電圧絶縁変圧器9と、30kV級
電源110,120,130を備えている。第1中間電
極5Bには、高電圧絶縁変圧器9と、30kV級電源1
10から、端子6nを介して、−30kVの電圧が印加
される。第2中間電極5Aには、高電圧絶縁変圧器9
と、30kV級電源120から、端子6mを介して、−
60kVの電圧が印加される。陰極3には、高電圧絶縁
変圧器9と、30kV級電源130から、端子6kを介
して、−90kVの電圧が印加される。
In this embodiment, two intermediate electrodes 5A and 5B are arranged in the acceleration space between the cathode 3 and the anode 4.
The power supply includes a high-voltage insulating transformer 9 and 30 kV class power supplies 110, 120, and 130. The first intermediate electrode 5B includes a high-voltage insulating transformer 9 and a 30 kV class power supply 1
10, a voltage of -30 kV is applied via the terminal 6n. The second intermediate electrode 5A includes a high-voltage insulating transformer 9
From the 30 kV class power supply 120 via the terminal 6m,
A voltage of 60 kV is applied. A voltage of −90 kV is applied to the cathode 3 from the high-voltage insulating transformer 9 and the 30 kV class power supply 130 via the terminal 6 k.

【0034】本実施形態によれば、効率的な核融合反応
が起きる約90kVの高電圧の加速電圧を安定して印加
でき、中性子の発生が飛躍的に増大することができる。
また、約90kVの高電圧を汎用の30kV小型電源の
組合せで安定して得ることができる。30kV級電源は
100kV級電源に比べ大電流化が各段に容易であるの
で、ビームの大電流化が容易に実現できる。したがっ
て、加速エネルギーとビーム電流の両面から中性子の増
大を図ることができる。
According to this embodiment, a high accelerating voltage of about 90 kV at which an efficient nuclear fusion reaction occurs can be applied stably, and the generation of neutrons can be dramatically increased.
Further, a high voltage of about 90 kV can be stably obtained by a combination of a general-purpose 30 kV small power supply. Since a 30 kV class power supply can easily increase a current in each stage as compared with a 100 kV class power supply, a beam current can be easily increased. Therefore, neutrons can be increased from both the acceleration energy and the beam current.

【0035】次に、図6を用いて、本発明の第4の実施
形態による慣性静電閉じ込め装置の構成について説明す
る。図6は、本発明の第4の実施形態による慣性静電閉
じ込め装置の要部の構成を示す断面図である。なお、図
1と同一符号は同一部分を示している。また、図1に示
した真空容器2や、プラズマ室10,フィラメント1
1,かご型の球状電極13,抵抗14,電源15,ガス
ボンベ20,バルブ21,真空ポンプ22については、
同一の構成を備えているものであるが、ここでは、図示
を省略している。
Next, the configuration of an inertial electrostatic confinement device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. Further, the vacuum vessel 2 shown in FIG.
1, a cage-shaped spherical electrode 13, a resistor 14, a power supply 15, a gas cylinder 20, a valve 21, and a vacuum pump 22
Although they have the same configuration, they are not shown here.

【0036】本実施形態では、2段の高電圧電流導入端
子の円筒状絶縁体66,67が直列に配置されている。
2段の絶縁物66,67の連結部6mから、中間電極5
に接続される中間電極支持用円筒状導体61が同軸状に
配置されている。陰極支持用中心導体60および中間電
極電極支持用円筒状導体61間の絶縁は、真空ギャップ
の絶縁による。
In the present embodiment, two-stage cylindrical insulators 66 and 67 of high-voltage current introduction terminals are arranged in series.
From the connecting portion 6m of the two-stage insulators 66 and 67, the intermediate electrode 5
And a cylindrical conductor 61 for supporting an intermediate electrode is coaxially arranged. The insulation between the central conductor 60 for supporting the cathode and the cylindrical conductor 61 for supporting the intermediate electrode is based on the insulation of the vacuum gap.

【0037】本実施形態によれば、加速電圧が−100
kV程度まで安定して印加でき、中性子の発生が飛躍的
に増大することができる。また、高絶縁性の媒体である
真空ギャップにより、各電極支持導体間の絶縁をとって
いるので、高電圧をより安定に印加できる。
According to the present embodiment, the acceleration voltage is -100.
The voltage can be stably applied up to about kV, and the generation of neutrons can be dramatically increased. In addition, since a vacuum gap, which is a highly insulating medium, provides insulation between the electrode support conductors, a high voltage can be applied more stably.

【0038】次に、図7を用いて、本発明の第5の実施
形態による慣性静電閉じ込め装置の構成について説明す
る。図7は、本発明の第5の実施形態による慣性静電閉
じ込め装置の要部の構成を示す断面図である。なお、図
1と同一符号は同一部分を示している。また、図1に示
した真空容器2や、プラズマ室10,フィラメント1
1,かご型の球状電極13,抵抗14,電源15,ガス
ボンベ20,バルブ21,真空ポンプ22については、
同一の構成を備えているものであるが、ここでは、図示
を省略している。
Next, a configuration of an inertial electrostatic confinement device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a fifth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. Further, the vacuum vessel 2 shown in FIG.
1, a cage-shaped spherical electrode 13, a resistor 14, a power supply 15, a gas cylinder 20, a valve 21, and a vacuum pump 22
Although they have the same configuration, they are not shown here.

【0039】本実施形態では、陰極4に接続する高電圧
電流導入端子600と、中間電極5に接続する高電圧電
流導入端子610は、装置の中心を挟んで互いに対向す
る位置に配置されている。高電圧電流導入端子600
と、高電圧電流導入端子610とは、独立して設けられ
るため、陰極への高電圧印加が安定にできる。なお、見
かけ上加速空間が減少するが、導入端子が1個の場合も
導入端子軸方向には1パスを超える加速の往復運動が不
可能なので中性子発生に対する実質的な影響は小さいも
のである。
In this embodiment, the high-voltage current introduction terminal 600 connected to the cathode 4 and the high-voltage current introduction terminal 610 connected to the intermediate electrode 5 are arranged at positions facing each other with the center of the device interposed therebetween. . High voltage current introduction terminal 600
And the high-voltage current introduction terminal 610 are provided independently, so that high voltage application to the cathode can be stabilized. Although the acceleration space apparently decreases, even when the number of the introduction terminals is one, the reciprocating motion of acceleration exceeding one pass is impossible in the axial direction of the introduction terminal, so that the effect on the neutron generation is small.

【0040】本実施形態によれば、加速電圧が−100
kV程度まで安定して印加でき、中性子の発生が飛躍的
に増大することができる。また、導入端子を対向して独
立させたので、導入端子の真空側の耐電圧設計が容易に
なる。
According to this embodiment, the acceleration voltage is -100.
The voltage can be stably applied up to about kV, and the generation of neutrons can be dramatically increased. Further, since the introduction terminals are opposed to each other and independent, the withstand voltage design on the vacuum side of the introduction terminals becomes easy.

【0041】次に、図8を用いて、本発明の第6の実施
形態による慣性静電閉じ込め装置の構成について説明す
る。図8は、本発明の第6の実施形態による慣性静電閉
じ込め装置の要部の構成を示す断面図である。なお、図
1と同一符号は同一部分を示している。また、図1に示
した真空容器2や、プラズマ室10,フィラメント1
1,かご型の球状電極13,抵抗14,電源15,ガス
ボンベ20,バルブ21,真空ポンプ22については、
同一の構成を備えているものであるが、ここでは、図示
を省略している。
Next, the configuration of an inertial electrostatic confinement device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a sixth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. Further, the vacuum vessel 2 shown in FIG.
1, a cage-shaped spherical electrode 13, a resistor 14, a power supply 15, a gas cylinder 20, a valve 21, and a vacuum pump 22
Although they have the same configuration, they are not shown here.

【0042】本実施形態では、イオンビーム加速用の中
間電極5の他に、陰極4のごく近傍に別の中間電極51
を配置している。中間電極51には、陰極4より絶対値
がわずかに高い高電圧を印加する。その差電圧は、1〜
2kV程度が好適である。具体的には、例えば、陰極4
に−99kV、陰極近傍中間電極51に−100kVを
印加する。本実施形態では、陰極4の近傍で発生した電
子(主として陰極4から飛び出す熱電子もしくは2次電
子で、そのエネルギーは1keV以下)に対して、陽極
方向に減速電界を形成することができる。一般に、イオ
ンの加速空間は逆向きの電子の加速空間であり、この空
間に熱電子または2次電子が大量にはいりこむとそのま
ま加速されて陽極を衝撃し、不要なX線を発生すること
になるが、減速電界を備えることにより、陰極に電子が
衝突するのを防止して、不要なX線発生を防止すること
ができる。
In this embodiment, in addition to the intermediate electrode 5 for accelerating the ion beam, another intermediate electrode 51 is provided very near the cathode 4.
Has been arranged. A high voltage whose absolute value is slightly higher than that of the cathode 4 is applied to the intermediate electrode 51. The difference voltage is 1 to
About 2 kV is preferable. Specifically, for example, the cathode 4
, And -100 kV to the intermediate electrode 51 near the cathode. In the present embodiment, a decelerating electric field can be formed in the direction of the anode for electrons generated near the cathode 4 (mainly thermoelectrons or secondary electrons emitted from the cathode 4 and having an energy of 1 keV or less). In general, the ion acceleration space is the acceleration space for electrons in the opposite direction. When a large amount of thermoelectrons or secondary electrons enter this space, they are accelerated as they are and impact the anode, generating unnecessary X-rays. However, by providing a deceleration electric field, it is possible to prevent electrons from colliding with the cathode, thereby preventing unnecessary generation of X-rays.

【0043】本実施形態によれば、加速電圧が−100
kV程度まで安定して印加でき、中性子の発生が飛躍的
に増大することができる。また、不要なX線の発生を低
減することができる。
According to this embodiment, the acceleration voltage is -100.
The voltage can be stably applied up to about kV, and the generation of neutrons can be dramatically increased. Further, generation of unnecessary X-rays can be reduced.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、陰極・陽極間に中性子
の発生に有効な100kV級の高電圧を安定して印加す
ることができる。
According to the present invention, a high voltage of 100 kV class effective for generating neutrons can be stably applied between the cathode and the anode.

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

【図1】本発明の第1の実施形態による慣性静電閉じ込
め装置の全体構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of an inertial electrostatic confinement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態による慣性静電閉じ込
め装置における真空容器内部の電位分布の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a potential distribution inside a vacuum vessel in the inertial electrostatic confinement device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】重水素エネルギーと核融合反応断面積の関係の
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a relationship between deuterium energy and a fusion reaction cross section.

【図4】本発明の第2の実施形態による慣性静電閉じ込
め装置の要部の構成を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施形態による慣性静電閉じ込
め装置の要部の構成を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施形態による慣性静電閉じ込
め装置の要部の構成を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施形態による慣性静電閉じ込
め装置の要部の構成を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施形態による慣性静電閉じ込
め装置の要部の構成を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a main part of an inertial electrostatic confinement device according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…慣性静電閉じ込め装置 2…真空容器 3…陽極 3a,…,3f…開口 4…陰極 5…中間電極 6…高電圧電流導入端子 6k,6m,6n…端子 7,8…高電圧電源 7k,8m…端子 9…高電圧絶縁変圧器 10…プラズマ室 11…フィラメント 12,15…電源 13…放電用電極 14…抵抗 20…ガスボンベ 21…バルブ 22…真空ポンプ 60,61,64…導体 62,63,65…絶縁体 110,120,130…高電圧電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inertial electrostatic confinement device 2 ... Vacuum container 3 ... Anode 3a, ..., 3f ... Opening 4 ... Cathode 5 ... Intermediate electrode 6 ... High voltage current introduction terminal 6k, 6m, 6n ... Terminal 7, 8 ... High voltage power supply 7k 8m Terminal 9 High voltage insulating transformer 10 Plasma chamber 11 Filament 12, 15 Power supply 13 Discharge electrode 14 Resistance 20 Gas cylinder 21 Valve 22 Vacuum pump 60, 61, 64 Conductor 62 63, 65: insulator 110, 120, 130: high-voltage power supply

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空容器内に配置された球状陽極と、この
球状陽極の内周側に同心的に配置されたかご型球状陰極
と、上記球状陽極の外部の空間に設けられたプラズマ室
と、上記陽極・陰極間に高電圧を印加する高電圧電源を
有する慣性静電閉じ込め装置において、 上記陽極と上記陰極の間の空間に同心的に配置されたか
ご型球状中間電極と、 この中間電極に所定の高電圧の電位を与える高電圧印加
手段を備えたことを特徴とする慣性静電閉じ込め装置。
1. A spherical anode disposed in a vacuum vessel, a cage spherical cathode concentrically disposed on an inner peripheral side of the spherical anode, and a plasma chamber provided in a space outside the spherical anode. An inertial electrostatic confinement device having a high-voltage power supply for applying a high voltage between the anode and the cathode, comprising a cage-shaped spherical intermediate electrode concentrically arranged in a space between the anode and the cathode; And a high voltage applying means for applying a predetermined high voltage potential to the inertial electrostatic confinement device.
【請求項2】請求項1記載の慣性静電閉じ込め装置にお
いて、 上記高電圧印加手段は、上記中間電極がない場合の中間
電極の位置の電位の大きさ(絶対値)よりも大きい電位
を上記中間電極に印加することを特徴とする慣性静電閉
じ込め装置。
2. The inertial electrostatic confinement device according to claim 1, wherein said high voltage applying means applies a potential larger than a potential (absolute value) at a position of the intermediate electrode when the intermediate electrode is not provided. An inertial electrostatic confinement device characterized by applying a voltage to an intermediate electrode.
【請求項3】請求項1記載の慣性静電閉じ込め装置にお
いて、 上記陰極及び中間電極に電位を与える電流導入端子は、
互いに同軸状の絶縁体と導電体とで構成されることを特
徴とする慣性静電閉じ込め装置。
3. The inertial electrostatic confinement device according to claim 1, wherein said current introduction terminal for applying a potential to said cathode and said intermediate electrode comprises:
An inertial electrostatic confinement device comprising an insulator and a conductor coaxial with each other.
【請求項4】請求項1記載の慣性静電閉じ込め装置にお
いて、 上記陰極及び中間電極に電位を与える電流導入端子は、
上記球状陽極およびかご型球状陰極の中心に対して互い
に対向する位置に配置されたことを特徴とする慣性静電
閉じ込め装置。
4. The inertial electrostatic confinement device according to claim 1, wherein the current introduction terminal for applying a potential to the cathode and the intermediate electrode comprises:
An inertial electrostatic confinement device disposed at a position facing each other with respect to the centers of the spherical anode and the cage spherical cathode.
【請求項5】請求項1記載の慣性静電閉じ込め装置にお
いて、 上記陰極に電位を与える上記電源と上記中間電極に電位
を与える上記高電圧印加手段は、1個の高電圧電源と抵
抗分圧器から構成されることを特徴とする慣性静電閉じ
込め装置。
5. The inertial electrostatic confinement device according to claim 1, wherein said power supply for applying a potential to said cathode and said high voltage applying means for applying a potential to said intermediate electrode comprise one high voltage power supply and a resistive voltage divider. An inertial electrostatic confinement device characterized by comprising:
【請求項6】請求項1記載の慣性静電閉じ込め装置にお
いて、 上記陰極に電位を与える上記電源と上記中間電極に電位
を与える上記高電圧印加手段は、絶縁変圧器と、その2
次側に接続される複数個の電源を出力側で直列接続した
ものであることを特徴とする慣性静電閉じ込め装置。
6. An inertial electrostatic confinement device according to claim 1, wherein said power supply for applying a potential to said cathode and said high voltage applying means for applying a potential to said intermediate electrode comprise: an insulating transformer;
An inertial electrostatic confinement device comprising a plurality of power supplies connected to a next side connected in series on an output side.
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