JP2015532773A - 陰イオンに基づく中性ビーム入射器 - Google Patents
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Abstract
Description
・大量発生(プラズマ)源−イオンが、大量のプラズマ内で発生させられる
・表面発生源−イオンが、電極または特殊標的の表面上で発生させられる
・表面プラズマ源−イオンが、プラズマ粒子と相互作用する電極の表面上で発生させられる(Novosibirskグループ[3]によって開発)
・電荷交換源−陰イオンが、異なる標的上で加速された陽イオンビームの電荷交換によって発生させられる
(イオン源)
(低エネルギービーム輸送ライン)
(高エネルギービームダクト)
(中性化)
(エネルギー回復)
・セシウム層の制御ならびに損失および再堆積(温度制御等)
・抽出のための陰イオンの表面発生の最適化
・共流動電子の分離
・内部磁場によるプラズマグリッドにおけるイオン電流プロファイルの非均一性
・低イオン電流密度
・加速器が、複雑であって、たくさんの新しい技術が、依然として、開発中である(低電圧保持容量、大型の絶縁体等)
・逆流陽イオン
・高度中和器技術(プラズマ、光子)が、関連条件において実証されていない
・エネルギー変換が、十分に開発されていない
・ダクト内のビームブロック
(1.0 陰イオン源110)
−脱離/スパッタリングによる非制御セシウム放出を防止し、イオン光学システム(グリッド111)内へのその侵入を減少させ、
−壁におけるセシウム層内の水素原子の吸収および再結合を減少させ、
−セシウムの消耗および毒作用を減少させる。
これを達成するために、高温流体が、全構成要素を通して循環される。表面の温度は、能動的フィードバック制御を介して、さらに安定化される、すなわち、熱が、CW動作および過渡状態の間、除去または添加のいずれかが行われる。本アプローチとは対照的に、全ての他の既存および計画ビーム入射器は、冷却剤管と高温電極体との間に水冷および断熱を伴う、受動的システムを使用する。
−全ビームオン時間の間、制御および分配されたセシウム供給を提供し、
−典型的には、プラズマによるブロックのためのセシウム不足を防止し、
−長パルスの間、その蓄積およびブロック解除後のプラズマからのセシウム放出を減少させる。
対照的に、既存のイオン源は、直接、放電チャンバ内にセシウムを供給する。
(2.0 前段加速器(100−keV)111)
−グリッド間の高電圧間隙内の磁場ラインは、負にバイアスされたグリッドに向かって、すなわち、抽出間隙内のプラズマグリッドに向かって、および事前加速間隙内の抽出グリッドに向かって、あらゆる場所で凹状化される。負にバイアスされたグリッドに向かっての磁場ラインの凹状化は、埋め込まれた磁石を伴う構成では生じ得るように、高電圧間隙内の局所Penningトラップの出現および共抽出された電子の捕捉/拡大を防止する。
−埋め込まれた「低温」NIB磁石を伴わない、イオン光学システム(IOS)の電極(グリッド111)は、高温(150〜200℃)まで加熱され、高温(100〜150℃)液体を使用することによって、長パルスの間、熱の除去を可能にし得る。
−埋め込まれた磁石の不在は、グリッドの放出開口間の空間を節約し、より効率的な電極加熱/冷却チャネルの導入を可能にする。
対照的に、以前の設計は、グリッド体内に埋め込まれた磁石を利用する。これは、高電圧間隙内に静的磁電気トラップの形成につながり、共抽出された電子を捕捉および拡大する。これは、抽出されたビーム電流の有意な減少を生じさせ得る。また、高温動作を防止するだけではなく、長パルス動作のために重要である、適切な加熱/冷却性能をもたらす。
(3.0 高電圧(1MeV)加速器150)
−ビームから、電子、光子、および中性子を含む、共流動粒子の大部分を遮断および除去し、
−イオン源110から発生するガスをポンプアウトし、高電圧加速器150に到達することを防止し、
−セシウムが、イオン源110から流出し、高電圧加速器150に侵入することを防止し、
−陰イオンストリッピングによって発生させられる電子および中性子が、高電圧加速器150に進入することを防止する。
以前の設計では、イオン源は、直接、高電圧加速器に接続される。これは、高電圧加速器をイオン源からのあらゆるガス、帯電粒子、およびセシウム流に曝し、その逆も同様である。このような強い干渉は、高電圧加速器の電圧保持容量を減少させる。
−イオン源110の磁場を通した輸送の間、いかなるビームオフセットおよび偏向も補償し、
−前段および高電圧加速器111および150の軸間のオフセットは、高電圧加速器150への共流動粒子の流入を減少させ、高度に加速された粒子(陽イオンおよび中性子)が前段加速器111およびイオン源110内に逆流することを防止する。
対照的に、以前のシステムは、加速段階間に物理的分離を有しておらず、したがって、本明細書の特徴である軸方向オフセットを可能にしない。
−ビーム集束は、多開口グリッドシステムと比較して、加速器150に進入するビームの均質性を促進する。
−システム整合およびビーム集束を単純化し、
−高エネルギー加速器150からのガスポンピングおよび二次粒子除去を促進し、
−高エネルギー加速器150の電極上へのビーム損失を減少させる。
(4.0 中和器170)
−中性化効率を増加させ、
−全体的中性ビーム入射器損失を最小限にする。
これらの技術は、大規模中性ビーム入射器における用途に対して決して検討されなかった。
−中性化効率をさらに増加させ、
−全体的中性ビーム入射器損失をさらに最小限にする。
これらの技術は、大規模中性ビーム入射器における用途に対して決して検討されなかった。
(5.0 復熱器)
−入射器の全体的効率を増加させる。
対照的に、回復は、従来の設計では、全く予想されない。
Claims (27)
- 陰イオンベースの中性ビーム入射器であって、
陰イオンビームを発生させるように適合される、イオン源と、
加速器と、
中和器と、
を備え、前記イオン源、加速器、および中和器は、約5MWの電力を伴う中性ビームを発生させるように適合される、入射器。 - 陰イオンベースの中性ビーム入射器であって、
陰イオンビームを発生させるように適合される、イオン源と、
加速器と、
中和器と、
を備え、前記イオン源、加速器、および中和器は、約0.50〜1.0MeVのエネルギーを伴う中性ビームを発生させるように適合される、入射器。 - 前記イオン源、加速器、および中和器は、約0.50〜1.0MeVのエネルギーを伴う中性ビームを発生させるように適合される、請求項1に記載の入射器。
- 前記イオン源、加速器、および中和器は、約5MWの電力を伴う中性ビームを発生させるように適合される、請求項2に記載の入射器。
- 前記イオン源は、約9Aの陰イオンビームを発生させるように適合される、請求項1から4に記載の入射器。
- 前記加速器は、前記イオン源と離間関係にある、請求項1から4に記載の入射器。
- 前記加速器は、前段加速器および高エネルギー加速器を含む、請求項6に記載の入射器。
- 前記前段加速器は、前記イオン源内の静電多開口グリッドである、請求項7に記載の入射器。
- 前記イオン源からのイオンは、前記高エネルギー加速器内への入射前に、前記前段加速器によって、120kVまで事前加速される、請求項7に記載の入射器。
- 前記前段加速器と高エネルギー加速器との間に介在する一対の偏向磁石をさらに備え、前記一対の偏向磁石は、前記高エネルギー加速器に進入する前に、前記前段加速器からのビームを軸外にシフトさせる、請求項7に記載の入射器。
- 前記イオン源は、プラズマボックスおよびプラズマドライバを含む、請求項7に記載の入射器。
- 前記プラズマボックスおよびプラズマドライバの内壁は、約150〜200℃の高温に維持され、その表面上へのセシウム蓄積を防止する、請求項11に記載の入射器。
- 前記プラズマボックスおよびドライバは、流体マニホールドおよび通路を含み、高温流体を循環させる、請求項12に記載の入射器。
- 直接、前記加速器のプラズマグリッド上にセシウムを供給するための分配マニホールドをさらに備える、請求項7に記載の入射器。
- 前記前段加速器は、外部磁石を含み、イオン抽出および事前加速領域内で共抽出された電子を偏向させる、請求項7に記載の入射器。
- ポンピングシステムをさらに備え、ガスを事前加速間隙からポンピングする、請求項7に記載の入射器。
- 前記プラズマグリッドは、流動陽イオンを跳ね返すように正にバイアスされる、請求項14に記載の入射器。
- 前記高エネルギー加速器は、低エネルギービーム輸送ラインを備える遷移ゾーンによって、前記イオン源から離間される、請求項7に記載の入射器。
- 前記遷移ゾーンは、屈曲磁石、真空ポンプ、およびセシウムトラップを含む、請求項18に記載の入射器。
- 前記屈曲磁石は、前記ビームを偏向させ、前記高エネルギー加速器の軸上に集束させる、請求項19に記載の入射器。
- 前記加速器に続いて、磁気レンズをさらに備え、前記加速器内への過集束を補償し、準並列ビームを形成する、請求項7に記載の入射器。
- 前記中和器は、前記壁に高磁界永久磁石を伴う多カスププラズマ閉じ込めシステムに基づく、プラズマ中和器を含む、請求項7に記載の入射器。
- 前記中和器は、高反射壁を伴う円筒形空洞および高効率レーザを用いたポンピングに基づく、光子中和器を含む、請求項7に記載の入射器。
- 前記中和器は、高反射壁を伴う円筒形空洞および高効率レーザを用いたポンピングに基づく、光子中和器を含む、請求項22に記載の入射器。
- 残留イオンエネルギー復熱器をさらに備える、請求項1および2に記載の入射器。
- 残留イオンエネルギー復熱器をさらに備える、請求項6に記載の入射器。
- 残留イオンエネルギー復熱器をさらに備える、請求項7に記載の入射器。
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