JP2002170700A - 負イオン中性粒子入射装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents
負イオン中性粒子入射装置の制御装置及び制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 負イオンＮＢＩ装置の負イオン源において、
負イオンを生成させるための負イオン源へのフィラメン
トの加熱電力を制御することにより、負イオン源からの
負イオンビーム電流の時間的変化と電流値の減少を防止
することに関する。 【解決手段】 負イオンＮＢＩ装置の運転制御用計算機
システムとフィラメント電源の制御装置とを組合せて機
能させることにより、フィラメントの予熱時及びアーク
放電安定化のための初期放電（プリアーク）時には主に
時間的に一定な電力によりフィラメント加熱を行い、負
イオンビームの引出し／加速の時には予め計算機システ
ムでプログラムした内容のとおり、フィラメント加熱電
力を時間的に数段階減少させる制御装置である。これに
より、引出し／加速される負イオンビーム電流が時間的
に大きく変化することを防止すると共に、この負イオン
ビーム電流値が小さくなることをも防止することができ
る。
負イオンを生成させるための負イオン源へのフィラメン
トの加熱電力を制御することにより、負イオン源からの
負イオンビーム電流の時間的変化と電流値の減少を防止
することに関する。 【解決手段】 負イオンＮＢＩ装置の運転制御用計算機
システムとフィラメント電源の制御装置とを組合せて機
能させることにより、フィラメントの予熱時及びアーク
放電安定化のための初期放電（プリアーク）時には主に
時間的に一定な電力によりフィラメント加熱を行い、負
イオンビームの引出し／加速の時には予め計算機システ
ムでプログラムした内容のとおり、フィラメント加熱電
力を時間的に数段階減少させる制御装置である。これに
より、引出し／加速される負イオンビーム電流が時間的
に大きく変化することを防止すると共に、この負イオン
ビーム電流値が小さくなることをも防止することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、負イオン中性粒子
入射装置（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｊｅｃｔｏ
ｒ：以下ＮＢＩ装置とする）の負イオン源において、負
イオンを生成させるための負イオン源のフィラメントの
加熱電力を制御することにより、負イオン源からの負イ
オンビーム電流の時間的変化及びその絶対値の減少を防
止することに関する。
入射装置（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｂｅａｍ Ｉｎｊｅｃｔｏ
ｒ：以下ＮＢＩ装置とする）の負イオン源において、負
イオンを生成させるための負イオン源のフィラメントの
加熱電力を制御することにより、負イオン源からの負イ
オンビーム電流の時間的変化及びその絶対値の減少を防
止することに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、負イオンＮＢＩ装置の負イオン源
で、負イオンビームを引出して加速するためには、その
数秒前からフィラメントに通電し、熱電子を十分放出さ
せた状態でアーク放電を開始し、アーク放電が安定にな
ったところで、はじめて負イオンビームを引出す手順が
必要である。
で、負イオンビームを引出して加速するためには、その
数秒前からフィラメントに通電し、熱電子を十分放出さ
せた状態でアーク放電を開始し、アーク放電が安定にな
ったところで、はじめて負イオンビームを引出す手順が
必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この手順のうち、フィ
ラメントへ通電する加熱電力については、負イオン源の
場合、設定値に応じた時間的に一定な加熱電力を供給す
る方法では、設定値が低いと、引出し／加速される負イ
オンビーム電流の最終ピーク値は大きいが、その時間的
増大成分も大きく、負イオンＮＢＩ装置の運転上も、臨
界プラズマ試験装置（ＪＴ−６０Ｕ）の実験運転上も問
題であった。負イオンビーム電流の時間的増大を抑制し
ようとして設定値を大きくするとビーム電流の絶対値が
小さくなり、必要なビーム電流、ひいてはＪＴ−６０Ｕ
のプラズマへ入射する十分なパワーが得られないことが
わかった。
ラメントへ通電する加熱電力については、負イオン源の
場合、設定値に応じた時間的に一定な加熱電力を供給す
る方法では、設定値が低いと、引出し／加速される負イ
オンビーム電流の最終ピーク値は大きいが、その時間的
増大成分も大きく、負イオンＮＢＩ装置の運転上も、臨
界プラズマ試験装置（ＪＴ−６０Ｕ）の実験運転上も問
題であった。負イオンビーム電流の時間的増大を抑制し
ようとして設定値を大きくするとビーム電流の絶対値が
小さくなり、必要なビーム電流、ひいてはＪＴ−６０Ｕ
のプラズマへ入射する十分なパワーが得られないことが
わかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、この問題を解
決するための負イオンＮＢＩ装置の制御装置であり、負
イオンＮＢＩ装置の運転制御用計算機システムとフィラ
メント電源の制御装置とを組合せて機能させることによ
り、フィラメントの予熱時及びアーク放電安定化のため
の初期放電（プリアーク）時には主に時間的に一定な電
力によりフィラメント加熱を行い、負イオンビームの引
出し／加速の時には予め計算機システムでプログラムし
た内容のとおり、フィラメント加熱電力を時間的に数段
階減少させる制御装置である。これにより、引出し／加
速される負イオンビーム電流が時間的に大きく変化する
ことを防止すると共に、フィラメント加熱電力の設定値
をプリアーク時には高く、ビーム引出／加速時には低く
できるため、この負イオンビーム電流値が小さくなるこ
とをも防止することができる。
決するための負イオンＮＢＩ装置の制御装置であり、負
イオンＮＢＩ装置の運転制御用計算機システムとフィラ
メント電源の制御装置とを組合せて機能させることによ
り、フィラメントの予熱時及びアーク放電安定化のため
の初期放電（プリアーク）時には主に時間的に一定な電
力によりフィラメント加熱を行い、負イオンビームの引
出し／加速の時には予め計算機システムでプログラムし
た内容のとおり、フィラメント加熱電力を時間的に数段
階減少させる制御装置である。これにより、引出し／加
速される負イオンビーム電流が時間的に大きく変化する
ことを防止すると共に、フィラメント加熱電力の設定値
をプリアーク時には高く、ビーム引出／加速時には低く
できるため、この負イオンビーム電流値が小さくなるこ
とをも防止することができる。
【０００５】なお、負イオンビーム引出／加速時にフィ
ラメント加熱電力を減少させることにより、負イオンビ
ーム電流値が増大するのは、アーク放電モードが完全な
空間電荷制限領域の運転から温度制限領域の運転に近づ
き、他の運転パラメータとの組合せを調整することによ
り負イオン生成効率を高くすることができるためであ
る。
ラメント加熱電力を減少させることにより、負イオンビ
ーム電流値が増大するのは、アーク放電モードが完全な
空間電荷制限領域の運転から温度制限領域の運転に近づ
き、他の運転パラメータとの組合せを調整することによ
り負イオン生成効率を高くすることができるためであ
る。
【０００６】ここにおいて、イオンビームの引出とは、
イオンをビーム状に引出すことを意味し、イオンビーム
の安定化とは、引出されたイオンビームの時間的変化を
電流値の変化として評価したことを意味する。
イオンをビーム状に引出すことを意味し、イオンビーム
の安定化とは、引出されたイオンビームの時間的変化を
電流値の変化として評価したことを意味する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の負イオンＮＢＩ装置で
は、図１に示されるように、１は、負イオンＮＢＩ装置
に付設された運転制御用の計算機システムであり、２
は、ＮＢＩ装置の負イオン源アークチャンバ５に設けら
れたフィラメント４の加熱電源であり、３は、ＮＢＩ装
置の負イオン源アークチャンバ５とそのアークチャンバ
５内に設けられたフィラメント４との間のアーク放電用
の電源であり、そして６は、負イオン源アークチャンバ
５の開口部に設けられた負イオン源引出部／加速部であ
る。
は、図１に示されるように、１は、負イオンＮＢＩ装置
に付設された運転制御用の計算機システムであり、２
は、ＮＢＩ装置の負イオン源アークチャンバ５に設けら
れたフィラメント４の加熱電源であり、３は、ＮＢＩ装
置の負イオン源アークチャンバ５とそのアークチャンバ
５内に設けられたフィラメント４との間のアーク放電用
の電源であり、そして６は、負イオン源アークチャンバ
５の開口部に設けられた負イオン源引出部／加速部であ
る。
【０００８】この負イオンＮＢＩ装置の操作において
は、その負イオン源アークチャンバ５内に設けられたフ
ィラメント４にフィラメント加熱用電源２から通電して
熱電子をチャンバ５内に放出させ、その後アーク電源３
を作動させてアーク放電を開始し、チャンバ５内のアー
ク放電が安定になったところで、負イオン源引出部／加
速部６の引出／加速電極に通電することにより、負イオ
ンビームがチャンバ５から引出され、加速される。
は、その負イオン源アークチャンバ５内に設けられたフ
ィラメント４にフィラメント加熱用電源２から通電して
熱電子をチャンバ５内に放出させ、その後アーク電源３
を作動させてアーク放電を開始し、チャンバ５内のアー
ク放電が安定になったところで、負イオン源引出部／加
速部６の引出／加速電極に通電することにより、負イオ
ンビームがチャンバ５から引出され、加速される。
【０００９】本発明においては、負イオンＮＢＩ装置の
運転制御用計算機システム１とフィラメント加熱用電源
２の制御装置とを組合せて機能させることにより、大き
く変化することもその値が減少することもない負イオン
ビームを取出すものである。即ち、フィラメントの予熱
時及びアーク放電の安定化のための初期放電（プリアー
ク）時においては、時間的に一定な電力を供給してフィ
ラメントの加熱を行い。そして負イオンビームの引出し
／加速の時においては、予め前記計算機システムでプロ
グラムした内容のとおりにフィラメントの加熱電力を時
間的に数段階減少させる。このような電力供給により、
負イオン源アークチャンバから引出し／加速される負イ
オンビーム電流が時間的に大きく変化することが防止さ
れると共に、この負イオンビーム電流値が小さくなるこ
とも防止される。
運転制御用計算機システム１とフィラメント加熱用電源
２の制御装置とを組合せて機能させることにより、大き
く変化することもその値が減少することもない負イオン
ビームを取出すものである。即ち、フィラメントの予熱
時及びアーク放電の安定化のための初期放電（プリアー
ク）時においては、時間的に一定な電力を供給してフィ
ラメントの加熱を行い。そして負イオンビームの引出し
／加速の時においては、予め前記計算機システムでプロ
グラムした内容のとおりにフィラメントの加熱電力を時
間的に数段階減少させる。このような電力供給により、
負イオン源アークチャンバから引出し／加速される負イ
オンビーム電流が時間的に大きく変化することが防止さ
れると共に、この負イオンビーム電流値が小さくなるこ
とも防止される。
【００１０】従来技術においては、図２のフィラメント
加熱用電源の出力設定値に示されるように、フィラメン
トの予熱時、アーク放電の安定化のための初期放電時、
及び負イオンビームの引出し／加速の時において、時間
的に一定な電力を供給してフィラメントの加熱を行って
いた。その結果、図３の出力波形例に示されるように、
フィラメント電流は急激に上昇してピークに達した後に
一定値となるが、アーク電流は時間の経過につれて上昇
し続け、そして負イオンビーム電流も時間の経過につれ
て上昇することになった。なお、図３の出力波形例はフ
ィラメント加熱電力の設定値が低い場合である。
加熱用電源の出力設定値に示されるように、フィラメン
トの予熱時、アーク放電の安定化のための初期放電時、
及び負イオンビームの引出し／加速の時において、時間
的に一定な電力を供給してフィラメントの加熱を行って
いた。その結果、図３の出力波形例に示されるように、
フィラメント電流は急激に上昇してピークに達した後に
一定値となるが、アーク電流は時間の経過につれて上昇
し続け、そして負イオンビーム電流も時間の経過につれ
て上昇することになった。なお、図３の出力波形例はフ
ィラメント加熱電力の設定値が低い場合である。
【００１１】これに対し、本発明においては、図３の出
力波形例に示されるように、フィラメントの予熱時及び
アーク放電の安定化のための初期放電（プリアーク）時
においては、時間的に一定な電力を供給してフィラメン
トの加熱を行い、その後負イオンビームの引出し／加速
の時においては、予め前記計算機システムでプログラム
した内容のとおりにフィラメントの加熱電力を時間的に
減少させる。このような電力供給により、フィラメント
加熱電力の設定値をプリアーク時には高く、ビーム引出
／加速時には低くすることができるため、負イオン源チ
ャンバから引出し／加速される負イオンビーム電流が増
大かつ安定化される。
力波形例に示されるように、フィラメントの予熱時及び
アーク放電の安定化のための初期放電（プリアーク）時
においては、時間的に一定な電力を供給してフィラメン
トの加熱を行い、その後負イオンビームの引出し／加速
の時においては、予め前記計算機システムでプログラム
した内容のとおりにフィラメントの加熱電力を時間的に
減少させる。このような電力供給により、フィラメント
加熱電力の設定値をプリアーク時には高く、ビーム引出
／加速時には低くすることができるため、負イオン源チ
ャンバから引出し／加速される負イオンビーム電流が増
大かつ安定化される。
【００１２】なお、図３のアーク電流においては、前半
がアーク放電安定化のためのプリアーク期間であり、そ
れが一旦遮断されているのは、加速電圧の昇圧途中の間
もアークをＯＮとしておくとパービアンスマッチングが
取れず発散性のビームとなって加速部電極に衝突するイ
オンの割合が増大し、健全な運転ができないからであ
る。
がアーク放電安定化のためのプリアーク期間であり、そ
れが一旦遮断されているのは、加速電圧の昇圧途中の間
もアークをＯＮとしておくとパービアンスマッチングが
取れず発散性のビームとなって加速部電極に衝突するイ
オンの割合が増大し、健全な運転ができないからであ
る。
【００１３】
【発明の効果】従来技術においては、負イオンＮＢＩ装
置の性能として、得られる負イオンビーム電流を大きく
しようとするとその時間的変化が大きくなりすぎ、この
時間的変化を抑制しようとすると負イオンビーム電流値
が減少してしまう。
置の性能として、得られる負イオンビーム電流を大きく
しようとするとその時間的変化が大きくなりすぎ、この
時間的変化を抑制しようとすると負イオンビーム電流値
が減少してしまう。
【００１４】本発明を用いることにより、この相反する
現象を両立させることができ、他のパラメータとの組合
せた運転条件の最適化を行うことにより、より高性能な
負イオンビームを得ることが期待できる。
現象を両立させることができ、他のパラメータとの組合
せた運転条件の最適化を行うことにより、より高性能な
負イオンビームを得ることが期待できる。
【００１５】また、従来技術においては、同様な必要性
が生じた場合、フィラメント電源の制御装置そのものに
時間的に変化する制御機能を持たせる必要があり、その
ための制御回路の追加と制御定数の試験的変更の際に
は、運転を停止し、電源盤の設置されている現場に出向
き、調節器を調整する必要があった。
が生じた場合、フィラメント電源の制御装置そのものに
時間的に変化する制御機能を持たせる必要があり、その
ための制御回路の追加と制御定数の試験的変更の際に
は、運転を停止し、電源盤の設置されている現場に出向
き、調節器を調整する必要があった。
【００１６】本発明では、フィラメント加熱用電源その
ものの制御装置は従来のままで手を加える必要はなく、
制御定数の試験的変更の際にも運転を中断し、中央制御
室で計算機の定数値を書換えて入力するだけの容易な操
作だけで済み、運転条件に応じた最適な制御定数を選定
するための試験を極めて効率良く行うことができる。
ものの制御装置は従来のままで手を加える必要はなく、
制御定数の試験的変更の際にも運転を中断し、中央制御
室で計算機の定数値を書換えて入力するだけの容易な操
作だけで済み、運転条件に応じた最適な制御定数を選定
するための試験を極めて効率良く行うことができる。
【図１】本発明に係わる負イオンＮＢＩ装置のフィラメ
ント加熱用電源とアーク電源及び負イオン源との接続関
係を示す図である。
ント加熱用電源とアーク電源及び負イオン源との接続関
係を示す図である。
【図２】本発明を採用する前後の、フィラメント加熱用
電源の出力設定値の構成の比較図である。
電源の出力設定値の構成の比較図である。
【図３】本発明を採用する前後の、負イオン源の通電電
流波形例を示す図である。
流波形例を示す図である。
１：計算機システム、２：フィラメント加熱用電源、
３：アーク電源、４：フィラメント、５：負イオン源ア
ークチャンバ、６：負イオン源引出部／加速部
３：アーク電源、４：フィラメント、５：負イオン源ア
ークチャンバ、６：負イオン源引出部／加速部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 徳道 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 薄井 勝富 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 Ｆターム(参考） 2G085 AA20 BA19 BA20 CA05 CA11 DA08 EA09
Claims (2)
- 【請求項１】 負イオン中性粒子入射装置の負イオン源
において、負イオン生成のために、フィラメントと負イ
オン源アークチャンバとの間のアーク放電を開始、維持
するために必要なフィラメント加熱用電源の電力を、プ
リセットしたパターンに従って制御することからなる、
負イオン中性粒子入射装置の制御装置。 - 【請求項２】 負イオン中性粒子入射装置の負イオン源
に設けられたフィラメントに通電して熱電子を放出させ
た後、アーク放電を開始し、アーク放電が安定になった
ところで負イオンビームを引出して加速することからな
る負イオン中性粒子入射装置の制御方法において、 負イオン中性粒子入射装置の運転制御用計算機システム
とフィラメント加熱用電源の制御装置とを組合せて機能
させることにより、 フィラメントの予熱時及びアーク放電の安定化のための
初期放電（プリアーク）時には、時間的に一定な電力に
よりフィラメントの加熱を行い、 負イオンビームの引出し／加速の時には、予め前記計算
機システムでプログラムした内容のとおりにフィラメン
トの加熱電力を時間的に減少させることからなる、 負イオン源から引出し／加速される負イオンビーム電流
が時間的に大きく変化することを防止すると共に、この
負イオンビーム電流値が小さくなることをも防止する前
記方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000365485A JP2002170700A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 負イオン中性粒子入射装置の制御装置及び制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000365485A JP2002170700A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 負イオン中性粒子入射装置の制御装置及び制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002170700A true JP2002170700A (ja) | 2002-06-14 |
Family
ID=18836248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000365485A Pending JP2002170700A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 負イオン中性粒子入射装置の制御装置及び制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002170700A (ja) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62278736A (ja) * | 1986-05-27 | 1987-12-03 | Rikagaku Kenkyusho | 電子ビ−ム励起イオン源 |
| JPH01177364A (ja) * | 1988-01-06 | 1989-07-13 | Nissin High Voltage Co Ltd | 負イオン源 |
| JPH07174877A (ja) * | 1993-12-21 | 1995-07-14 | Japan Atom Energy Res Inst | セシウム導入装置の制御方法 |
| JPH087816A (ja) * | 1994-06-27 | 1996-01-12 | Mitsubishi Electric Corp | 表面生成形負イオン源 |
| JPH08236030A (ja) * | 1995-02-27 | 1996-09-13 | Shimadzu Corp | 負イオン源 |
| JPH10126113A (ja) * | 1996-10-22 | 1998-05-15 | Nisshin:Kk | マイクロ波回路の自動チューニング方法 |
| JPH10132976A (ja) * | 1996-10-30 | 1998-05-22 | Hitachi Ltd | 中性粒子入射装置の制御装置とその制御方法 |
| JP2000098072A (ja) * | 1998-09-25 | 2000-04-07 | Japan Atom Energy Res Inst | 核融合装置の中性粒子入射装置における負イオン源用セシウムオーブン装置からのセシウムガスの流量を制御する開閉操作装置 |
-
2000
- 2000-11-30 JP JP2000365485A patent/JP2002170700A/ja active Pending
Patent Citations (8)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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