JP2018198136A - Negative ion source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負イオン源装置に関する。 The present invention relates to a negative ion source device.
加速器等に用いられる負イオン源装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1の負イオン源装置では、チャンバ内に原料ガスを供給し、チャンバ内でプラズマを生成することによって、負イオンを生成している。また、このようなチャンバに対し、負イオンの生成を促進する促進物質として、セシウムが供給されている。 As a negative ion source device used for an accelerator or the like, for example, a device described in Patent Document 1 is known. In the negative ion source device of Patent Document 1, a raw material gas is supplied into a chamber, and negative ions are generated by generating plasma in the chamber. Further, cesium is supplied to such a chamber as a promoting substance that promotes the generation of negative ions.
セシウムはチャンバの外部の容器に貯留されており、当該容器からチャンバ内へセシウムの供給が行われる。容器は加熱装置や保温材に取り囲まれることで、外部から目視で容器内のセシウムの残量を把握することができない。従って、容器内のセシウムの残量を測定する必要がある。このように、容器内のセシウムの残量を検知する方法として、特許文献2に記載されたものが知られている。特許文献2には、磁石を用いて容器のセシウムの残量を検知している。
Cesium is stored in a container outside the chamber, and cesium is supplied from the container into the chamber. Since the container is surrounded by a heating device and a heat insulating material, the remaining amount of cesium in the container cannot be grasped visually from the outside. Therefore, it is necessary to measure the remaining amount of cesium in the container. As described above, a method described in
ここで、負イオン源装置のチャンバへセシウムを供給する時、セシウム供給部においてセシウムを加熱して気化させた状態で供給する必要がある。このように加熱を伴う高温下で磁石を用いて残量を検知する場合、磁界が変化してしまうため、正確にセシウムの残量を検知することが出来ないという問題がある。 Here, when supplying cesium to the chamber of the negative ion source device, it is necessary to supply the cesium in a state of being heated and vaporized in the cesium supply unit. Thus, when the remaining amount is detected using a magnet at a high temperature accompanied by heating, there is a problem that the remaining amount of cesium cannot be accurately detected because the magnetic field changes.
従って、本発明は、セシウム供給部に貯留されているセシウムの残量を正確に検知することができる負イオン源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 negative ion source device that can accurately detect the remaining amount of cesium stored in a cesium supply unit.
本発明に係る負イオン源装置は、負イオンを生成する負イオン生成部と、負イオン生成部へセシウムを供給するセシウム供給部と、セシウム供給部のセシウムの残量を検知する残量検知部と、を備え、セシウム供給部は、セシウムを貯留する貯留部と、貯留部を加熱する加熱部と、貯留部の内部に設けられ、導電性の材料からなり、貯留部から絶縁される導電部と、導電部と貯留部との間に電圧を付与可能な電圧付与部と、を備え、残量検知部は、導電部と貯留部との間の電圧、電流又は抵抗を測定し、測定結果に基づいて貯留部内のセシウムの残量を検知する。 A negative ion source device according to the present invention includes a negative ion generation unit that generates negative ions, a cesium supply unit that supplies cesium to the negative ion generation unit, and a remaining amount detection unit that detects the remaining amount of cesium in the cesium supply unit The cesium supply unit is provided with a storage unit that stores cesium, a heating unit that heats the storage unit, and a conductive unit that is provided inside the storage unit and is made of a conductive material and insulated from the storage unit. And a voltage applying unit capable of applying a voltage between the conductive unit and the storage unit, the remaining amount detection unit measures the voltage, current, or resistance between the conductive unit and the storage unit, and the measurement result Based on the above, the remaining amount of cesium in the reservoir is detected.
本発明に係る負イオン源装置において、セシウム供給部は、貯留部の内部に設けられた導電部と、導電部と貯留部との間に電圧を付与可能な電圧付与部と、を備えている。導電部は、導電性の材料からなり、貯留部から絶縁される部材である。ここで、貯留部に貯留されているセシウムも導電性の物質である。従って、貯留部内において、導電部がセシウムと接触している状態であれば、導電部、セシウム、及び貯留部によって電流が流れる電流経路が形成される。この状態で電圧付与部が導電部と貯留部の間に電圧を付与すると、上述の電流経路に、当該電流経路の抵抗に応じた電流が流れる。このような状態から、貯留部内のセシウムの残量が減少することで、導電部とセシウムとの接触量が変化した場合、上記電流経路の抵抗が変化する。または、導電部がセシウムから離間した場合、上記電流経路は分断される。この場合、電圧付与部で電圧を付与した場合の電圧、電流、及び抵抗の関係が変化する。従って、残量検知部が、導電部と貯留部との間の電圧、電流又は抵抗を測定することで、測定結果に基づいて貯留部内のセシウムの残量を検知することができる。以上により、セシウム供給部に貯留されているセシウムの残量を正確に検知することができる。 In the negative ion source device according to the present invention, the cesium supply unit includes a conductive unit provided inside the storage unit, and a voltage applying unit capable of applying a voltage between the conductive unit and the storage unit. . The conductive portion is a member made of a conductive material and insulated from the storage portion. Here, cesium stored in the storage part is also a conductive substance. Therefore, if the conductive part is in contact with cesium in the storage part, a current path through which a current flows is formed by the conductive part, cesium, and the storage part. When the voltage application unit applies a voltage between the conductive unit and the storage unit in this state, a current corresponding to the resistance of the current path flows through the current path. From such a state, when the amount of contact between the conductive part and cesium changes due to a decrease in the remaining amount of cesium in the storage part, the resistance of the current path changes. Alternatively, when the conductive part is separated from cesium, the current path is disconnected. In this case, the relationship between the voltage, current, and resistance when the voltage is applied by the voltage applying unit changes. Therefore, the remaining amount detection unit can detect the remaining amount of cesium in the storage unit based on the measurement result by measuring the voltage, current, or resistance between the conductive unit and the storage unit. As described above, the remaining amount of cesium stored in the cesium supply unit can be accurately detected.
負イオン源装置において、導電部は、貯留部内で鉛直方向に延伸してよい。この場合、貯留部内のセシウムの残量が減少し、液面が鉛直方向に下がるに従って、導電部とセシウムの接触量が徐々に減少してゆく。すなわち、導電部、セシウム、及び貯留部によって形成される電流経路の抵抗が連続的に変化する。従って、残量検知部は、セシウムの残量を連続的に検知することができる。 In the negative ion source device, the conductive portion may extend in the vertical direction within the storage portion. In this case, the amount of contact between the conductive portion and cesium gradually decreases as the remaining amount of cesium in the storage portion decreases and the liquid level decreases in the vertical direction. That is, the resistance of the current path formed by the conductive part, cesium, and the storage part changes continuously. Therefore, the remaining amount detection unit can continuously detect the remaining amount of cesium.
負イオン源装置において、貯留部は、底壁、側壁、及び蓋体を備え、導電部は、蓋体を貫通しており、蓋体は、貯留部の内部側に配置される底面を有し、底面は鉛直方向において高低差を有してよい。貯留部内では貯留されたセシウムが気化することで、蓋体の底面にセシウムが付着する。この場合、導電部が蓋体付近でセシウムと接触することで、検知精度に影響を及ぼす可能性がある。これに対し、蓋体の底面が鉛直方向において高低差を有することで、底面に付着したセシウムを低い位置へ流すことができる。これにより、蓋体付近でセシウムと導電部とが接触すること抑制できる。 In the negative ion source device, the storage unit includes a bottom wall, a side wall, and a lid, the conductive unit passes through the lid, and the lid has a bottom surface disposed on the inner side of the storage unit. The bottom surface may have a height difference in the vertical direction. In the storage part, the stored cesium is vaporized, so that cesium adheres to the bottom surface of the lid. In this case, there is a possibility that the detection accuracy is affected by the contact of the conductive portion with cesium near the lid. On the other hand, since the bottom surface of the lid body has a height difference in the vertical direction, cesium attached to the bottom surface can flow to a low position. Thereby, it can suppress that a cesium and an electroconductive part contact in the cover body vicinity.
本発明によれば、セシウム供給部に貯留されているセシウムの残量を正確に検知することができる負イオン源装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative ion source apparatus which can detect correctly the residual amount of the cesium currently stored by the cesium supply part can be provided.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明の実施形態に係る負イオン源装置100を備える中性子捕捉療法装置1を例にとり、中性子捕捉療法装置1の概要について図1を参照しつつ説明する。図1に示される中性子捕捉療法装置1は、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT:Boron Neutron Capture Therapy)を用いたがん治療を行う装置である。中性子捕捉療法装置1では、例えばホウ素(10B)が投与された患者(被照射体)50の腫瘍に中性子線Nを照射する。
First, taking the neutron capture therapy apparatus 1 including the negative
中性子捕捉療法装置1は、加速器2を備えている。加速器2は、陰イオン等の荷電粒子を加速して、荷電粒子線Rを出射する。加速器2は、例えばサイクロトロンによって構成される。本実施形態において、荷電粒子線Rは陰イオンから電荷を剥ぎ取って生成した陽子ビームである。この加速器2は、例えば、ビーム半径40mm、60kW(=30MeV×2mA)の荷電粒子線Rを生成する。なお、加速器は、サイクロトロンに限られず、シンクロトロンやシンクロサイクロトロン、ライナック、静電加速器などであってもよい。
The neutron capture therapy apparatus 1 includes an
加速器2から出射された荷電粒子線Rは、中性子線生成部Mへ送られる。中性子線生成部Mは、ビームダクト9とターゲット10とからなる。加速器2から出射された荷電粒子線Rは、ビームダクト9を通り、ビームダクト9の端部に配置されたターゲット10へ向かって進行する。このビームダクト9に沿って複数の四極電磁石4、電流モニタ5、及び走査電磁石6が設けられている。複数の四極電磁石4は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Rのビーム軸調整を行うものである。
The charged particle beam R emitted from the
電流モニタ5は、ターゲット10に照射される荷電粒子線Rの電流値(つまり、電荷,照射線量率)をリアルタイムで検出するものである。電流モニタ5は、荷電粒子線Rに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のDCCT(DC Current Transformer)が用いられている。電流モニタ5は、検出結果を後述する制御部(不図示)に出力する。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する。
The
走査電磁石6は、荷電粒子線Rを走査し、ターゲット10に対する荷電粒子線Rの照射制御を行うものである。この走査電磁石6は、荷電粒子線Rのターゲット10に対する照射位置を制御する。
The
中性子捕捉療法装置1は、荷電粒子線Rをターゲット10に照射することにより中性子線Nを発生させ、患者50に向かって中性子線Nを出射する。中性子捕捉療法装置1は、ターゲット10、遮蔽体8、減速材39、コリメータ20を備えている。
The neutron capture therapy apparatus 1 generates a neutron beam N by irradiating the
ターゲット10は、荷電粒子線Rの照射を受けて中性子線Nを生成するものである。ここでのターゲット10は、例えば、ベリリウム(Be)やリチウム(Li)、タンタル(Ta)、タングステン(W)により形成され、例えば直径160mmの円板状を成している。なお、ターゲット10は、円板状に限らず、他の形状であってもよい。また、ターゲット10は、固体に限らず、液体(液体金属)であっても良い。
The
減速材39は、ターゲット10で生成された中性子線Nを減速させる(中性子線Nのエネルギーを低下させる)ものである。減速材39は、中性子線Nに含まれる速中性子を主に減速させる層39Aと、中性子線Nに含まれる熱外中性子を主に減速させる層39Bと、からなる積層構造を有していてよい。
The
遮蔽体8は、発生させた中性子線N、及び当該中性子線Nの発生に伴って生じたガンマ線等を外部へ放出されないよう遮蔽するものである。遮蔽体8は、減速材39を囲むように設けられている。遮蔽体8の上部及び下部は、減速材39より荷電粒子線Rの上流側に延在している。
The shield 8 shields the generated neutron beam N and the gamma rays generated by the generation of the neutron beam N so as not to be emitted to the outside. The shield 8 is provided so as to surround the
コリメータ20は、中性子線Nの照射野を整形するものであり、中性子線Nが通過する開口20aを有する。コリメータ20は、例えば中央に開口20aを有するブロック状の部材である。
The
続いて、負イオン源装置100の構成について、図2を参照しつつ説明する。負イオン源装置100は、負イオン生成部102と、真空ボックス104と、セシウム供給部130と、残量検知部150を備える。負イオン生成部102と真空ボックス104とは、絶縁フランジ106によって接続されている。セシウム供給部130は、真空ボックス104と反対側の位置にて、負イオン生成部102に接続されている。
Next, the configuration of the negative
負イオン生成部102は、チャンバ108と、原料ガス供給部109と、磁石110と、プラズマ生成部112と、プラズマ電極116と、を有する。
The negative
チャンバ108は、図示しない真空ポンプと接続されており、内部を真空状態に保持可能である。チャンバ108は、円筒状を呈する本体部108aと、本体部108aの他端側に設けられた蓋部108bとを有する。本体部108aは、チャンバ108の側壁をなしている。チャンバ108の一端側には、後述のプラズマ生成部112及び真空ボックス104が設けられている。本体部108aの両端には、外方に向けて突出する鍔部108c,108dがそれぞれ設けられている。蓋部108bは、本体部108aの他端側に位置する鍔部108cに着脱自在に取り付けられており、本体部108aの他端(開放端)を開放又は閉塞する。
The
原料ガス供給部109は、後述のプラズマ電極116の近傍に設けられた配管116bと、配管116bに接続されたガス供給源122と、を備えている。配管116bは、チャンバ108の他端側に位置している。ガス供給源122は、原料ガス源(水素ガス源)及び不活性ガス源(アルゴンガス源)を含む。すなわち、ガス供給源122の原料ガスや不活性ガスは、配管116bを通じて本体部108aの他端側からチャンバ108内に供給される。
The source
磁石110は、プラズマ閉じ込め部110Aと、フィルター磁場生成部110Bと、を備えている。プラズマ閉じ込め部110Aは、チャンバ108の他端側の領域に設けられている。プラズマ閉じ込め部110Aは、チャンバ108内で生成されたプラズマをチャンバ108に閉じ込めるように磁場を生成する。フィルター磁場生成部110Bは、チャンバ108の一端側に設けられ、所定のエネルギー以上の電子を遮断する磁場を生成する。チャンバ108の軸方向において、フィルター磁場生成部110Bに比してプラズマ閉じ込め部110Aの方が広い範囲を占めている。高いエネルギーの電子(高温電子)は、フィルター磁場生成部110Bによって生成される磁場領域内には侵入することはできず、プラズマ閉じ込め部110Aに囲まれる領域に閉じ込められる。この領域をプラズマ生成領域E1(図2に示す一点鎖線よりも左側領域)と称する。一方、所定のエネルギーより低いエネルギーの電子(低温電子)は、フィルター磁場生成部110Bに囲まれる磁場領域を通過することができる。負イオンは高温電子によって容易に破壊されるが、フィルター磁場生成部110Bの磁場領域には高温電子の侵入が防止されると共に低温電子は進入可能とされるため、当該磁場領域にて負イオンが生成される。従って、フィルター磁場生成部110Bによる磁場領域を負イオン生成領域E2(図2に示す一点鎖線よりも右側領域)と称する。
The
磁石110は、本体部108aの外周面側に複数配置されている。より詳しくは、磁石110は、本体部108aの外周面から離間した状態でチャンバ108の外周側に位置する。プラズマ閉じ込め部110Aは、周方向にS極とN極を交互に配置することによって構成される。フィルター磁場生成部110Bは、周方向における一部の領域にS極を集めて配置し、周方向における他の領域にN極を集めて配置する。磁石110と本体部108aの外周面との間には、図示しない冷却路が設けられている。磁石110又は本体部108aの壁部を冷却するために、当該冷却路内には水などの冷媒が循環される。なお、冷却路が設けられる位置は、磁石110と本体部108aの外周面との間に限らず、他の位置としてもよい。例えば、磁石110の外周面に冷却路を設けてもよい。
A plurality of
プラズマ生成部112は、フィラメント112aと、一対の電極112bと、を備える。一対の電極112bは、蓋部108bに設けられており、フィラメント112aと接続されている。電極112bは、チャンバ108の外側に引き出された電流供給用ブスバー112cと接続されている。電流供給用ブスバー112cは、図示されない電源と接続されている。従って、一対の電極112bは、フィラメント112aに電圧及び電流を印加し、フィラメント112aを発熱させると共に、フィラメント112aとチャンバ108(本体部108a)との間に電位差を生じさせる。
The
プラズマ電極116は、本体部108aの一端側に位置する鍔部108dに設けられた絶縁フランジ125と、真空ボックス104側の絶縁フランジ106との間に配置されている。プラズマ電極116は、電圧が可変の電源(図示せず)に接続されている。当該電源を制御してプラズマ電極116に印加される電圧の大きさを制御することにより、チャンバ108内のプラズマ分布を制御し、チャンバ108から引き出される負イオンの量を制御する。プラズマ電極116は、チャンバ108内で生成された負イオンをチャンバ108外(本実施形態では真空ボックス104側)に引き出すことが可能な引出孔116aを有している。なお、本実施形態に係るプラズマ電極116は、平板形状であるが、特に形状は限定されず、テーパー状等に構成されていてもよい。
The
真空ボックス104は、チャンバ108のうち負イオンビームが引き出される下流側(チャンバ108の一端側)に位置している。真空ボックス104は、チャンバ108と同様に、内部を真空状態に保持可能である。真空ボックス104内には、引出電極等の電極124、負イオンビームのビーム量を計測するファラデーカップ(図示せず)、負イオンビームの軌道を変化させるステアリングコイル(図示せず)等が配置されている。
The
セシウム供給部130は、負イオン生成部102へセシウムを供給する。セシウム供給部130は、貯留部131と、導入部132,133と、バルブ134と、加熱部136と、を備えている。
The
貯留部131は、セシウムを貯留する容器である。セシウムは、液体の状態で貯留部131に貯留されている。貯留部131は、チャンバ108の外部に配置されている。貯留部131は、底壁141、側壁142、及び蓋体143を備えている(図3参照)。側壁142は、底壁141の周縁から上方へ向かって延びる。蓋体143は、側壁142の上端の開口部を封止するように設けられる。なお貯留部131の形状は特に限定されず、円柱状であってもよく、四角柱状等の多角柱状であってもよい。
The
導入部132,133は、貯留部131からチャンバ108へ向かって延びる部材である。導入部132,133は、加熱によって気化し、貯留部131から流出したセシウムをチャンバ108へ導入する。導入部132と導入部133との間にはバルブ134が設けられている。バルブ134は、貯留部131からチャンバ108へ導入されるセシウムの量を調整することができる。
The
加熱部136は、貯留部131を加熱する部材である。加熱部136は、貯留部131を収容する壁部と、当該壁部に設けられたヒータによって構成される。なお、加熱部136を構成する部材は、導入部132,133及びバルブ134の周囲にも設けられている。加熱部136は、制御部(不図示)の制御信号に基づいて、セシウム供給部130が負イオン生成部102にセシウムを供給するタイミングで、加熱を行う。加熱されたセシウムは、気体となり、当該気体の状態にてチャンバ108へ供給される。
The
次に、図3を参照して、セシウム供給部130の更に詳細な構成、及び残量検知部150について説明する。図3に示すように、セシウム供給部130は、導電部137と、電圧付与部138と、を更に備えている。なお、貯留部131内に貯留されている液体のセシウムを「セシウムC」と称する場合がある。
Next, a more detailed configuration of the
導電部137は、貯留部131の内部に設けられる。また、導電部137は、貯留部131の外部へ引き出されている。本実施形態では、導電部137は、貯留部131内で鉛直方向に延伸している。導電部137は、貯留部131の外部から下方へ向かって延び、蓋体143を貫通して、底壁141側へ向かって延びる部材である。導電部137は、棒状の部材である。ただし、導電部137の形状は特に限定されず、長尺な平板状の部材であってもよい。
The
導電部137の下端部137aは、底壁141から上側に離間している。導電部137の下端部137aは、セシウムCの残量が十分である状態(図3及び図4の状態)では、セシウムCの液面Fよりも下方に配置される。一方、セシウムCを補充する必要が生じるまで残量が少なくなった状態(図5の状態)では、導電部137の下端部137aは、セシウムCの液面Fよりも上方に配置される。導電部137の上端部137bは、蓋体143よりも上方に配置されている。上端部137bの位置は、後述の電圧付与部138の導線部161を引き出し可能であれば、特に限定されない。なお、導電部137は、水平方向において、貯留部131の中央位置に配置されている。ただし、貯留部131の側壁142と接触しない範囲で、導電部137は水平方向におけるどの位置に設けてもよい。
The
導電部137は、導電性の材料からなる。また、導電部137は所定の範囲の電気抵抗値を有する。このように、導電部137が電気抵抗値を有することで、セシウムCの残量に応じて、後述の端子162と端子164との間の電気抵抗値を変化させることができる。導電部137の抵抗の上限値は、測定可能な程度に電流が流れればよく、特に限定されない。また、導電部137は導電性を有していればよいので、抵抗の下限値は特に限定されないまた、導電部137の電気抵抗値は、セシウムCの電気抵抗値より十分大きいことが望ましい。導電部137の材料として、例えばタングステン、白金、ニクロム等が用いられる。なお、導電部137には、電気抵抗値を調整するためのコーティングがなされていてもよい。なお、特に限定されるものではないが、導電部137の電気抵抗値の一例について説明する。例えば、導電部137として直径1mmのタングステン棒を使用し、セシウムCの液面Fの高さを1mm刻みで計測する場合、液面Fの高さの変化1mmに相当する室温での抵抗値変化は、セシウムC、貯留部131、電圧付与部138を合わせたリード抵抗を無視すると、67μΩ程度となる。従って、抵抗値の最小分解能は67μΩ以下であればよく、典型的なマイクロオームメータの最小分解能は0.1μΩ程度であるから、十分計測可能である。
The
導電部137は、貯留部131から絶縁されている。貯留部131の各壁部は、少なくともセシウムCが貯留される部分の一部は導電性の材料からなる。導電部137は、貯留部131のうち、導電性の材料からなる部分と、絶縁されている。なお、貯留部131の各壁部を構成する導電性の材料として、例えばステンレス等を採用してよい。なお、ここでの「絶縁」とは、導電部137が導電性の液体であるセシウムCを介して電気的に接続される箇所は許容され、その他の箇所で絶縁されていることを示す。本実施形態では、貯留部131の底壁141、側壁142、及び蓋体143は、いずれも導電性の材料によって構成されている(後述の蓋体143の絶縁部144を除く)。従って、導電部137は、貯留部131の底壁141、側壁142、及び蓋体143に対して、接触しないように離間している、又は、絶縁部材を介して固定されている。
The
本実施形態では、導電部137は、蓋体143を貫通している。従って、蓋体143は、導電部137が貫通する位置に絶縁部144を有している。これにより、導電部137は、貯留部131のうち絶縁部144のみと接触するため、貯留部131と絶縁された状態となる。絶縁部144の材質は、絶縁材料であれば特に限定されないが、例えばコバールガラス等を採用してよい。
In the present embodiment, the
蓋体143は、貯留部131の内部側に配置される底面143aを有する。底面143aは鉛直方向において高低差を有する。本実施形態では、底面143aのうち、絶縁部144に対応する部分が、湾曲面を構成している。当該湾曲面は、上側に凸となるように湾曲しており、中央位置から外周へ向かうに従って徐々に下側に向かうように湾曲する。なお、湾曲面は、全周にわたって湾曲するドーム状の形状であってもよく、所定の方向にのみ湾曲するアーチ状の形状であってもよい。ただし、底面143aは高低差を有することで、付着したセシウムの水滴が下方へ落ちやすくなる限り、どのような形状を採用してもよい。例えば、底面143aは、下側に凸となる湾曲面であってもよく、円錐状、又は多角錐状の面でもよく、平面を傾斜させた傾斜面であってもよい。
The
電圧付与部138は、導電部137と貯留部131との間に電圧を付与可能な部材である。電圧付与部138は、導電部137に接続される引出部138Aと、貯留部131に接続される引出部138Bと、を備える。これにより、電圧付与部138は、引出部138Aと、引出部138Bに電源が接続されることによって、導電部137と貯留部131との間に電圧を付与することができる。
The
引出部138Aは、導電部137から引き出される導線部161と、導線部161の端部に設けられる端子162と、を備える。導線部161は、導電部137のうち、貯留部131から外部に引き出された部分に接続される。ここでは、導線部161は、導電部137の上端部137bに接続される。引出部138Bは、貯留部131から引き出される導線部163と、導線部163の端部に設けられる端子164と、を備える。導線部163は、貯留部131のうち、貯留されたセシウムCと電気的に接続された部分から、引き出される。本実施形態では、導線部163は、貯留部131のうち絶縁部144以外の位置であればどこに接続されていてもよいが、底壁141側の位置に接続されている。
The
残量検知部150は、セシウム供給部130のセシウムの残量を検知する。残量検知部150は、導電部137と貯留部131との間の電圧、電流又は抵抗を測定し、測定結果に基づいて貯留部131内のセシウムCの残量を検知する。残量検知部150は、電圧付与部138の端子162と端子164とに接続される。残量検知部150は、端子162,164を介して、導電部137と貯留部131との間に電圧を付与する電源を備えていてよい。従って、図3に示す状態では、引出部138Aと引出部138Bとの間に、導電部137、セシウムC、貯留部131の壁部を介して電流が流れる。一定の電圧を付与した時の電流の電流値は、引出部138Aと引出部138Bとの間の抵抗の変化に伴って変化する。そして、当該抵抗は、セシウムCの残量に従って変化する。従って、残量検知部150は、電流値の変化に基づいて、又は電流値と電圧値に基づいて得られる抵抗の変化に基づいて、セシウムCの残量を検知できる。あるいは、電流値が一定となるように電圧を付与した時の電圧値は、引出部138Aと引出部138Bとの間の抵抗の変化に伴って変化する。そして、当該抵抗は、セシウムCの残量に従って変化する。従って、残量検知部150は、電圧値の変化に基づいて、又は電流値と電圧値に基づいて得られる抵抗の変化に基づいて、セシウムCの残量を検知できる。特に、導電部137がセシウムCの液面Fよりも上方に位置した時は(図5に示す状態)、抵抗値が無限大となる。この場合、残量検知部150は、電流が流れなくなったことに基づいて、又は抵抗が所定の値を超えたことに基づいて、セシウムCの残量が少なくなったことを検知できる。以上より、残量検知部150は、セシウムCの残量に従って変化する電圧、電流又は抵抗を測定することで、セシウムCの残量を検知できる。
The remaining
なお、残量検知部150は、端子162,164に接続した状態で床などの上に設置しておく据え置きタイプであってよい。この場合、負イオン源装置100を制御する制御装置と共に残量検知部150を設置してよい。この場合は、残量検知部150はセシウムの残量を常時監視することができる。例えば、負イオン源装置100の運転後にセシウムの残量を自動で測定し、メンテナンスのタイミングで作業者に自動で通知してよい。また、加熱部136の加熱時間とセシウムの減少量の相関性を計測し、自動的にメンテナンスのタイミングを推定してもよい。あるいは、残量を検知するタイミングのみ、端子162,164に接続するハンディタイプの残量検知部150を採用してもよい。なお、導線部161,163及び端子162,164としては一般的なものを用いているため、残量検知部150の測定時に、加熱部136を取り外す必要は無い。
The remaining
次に、本実施形態に係る負イオン源装置100の作用・効果について説明する。
Next, operations and effects of the negative
本実施形態に係る負イオン源装置100において、セシウム供給部130は、貯留部131の内部に設けられた導電部137と、導電部137と貯留部131との間に電圧を付与可能な電圧付与部138と、を備えている。導電部137は、導電性の材料からなり、貯留部131から絶縁される部材である。ここで、貯留部131に貯留されているセシウムCも導電性の物質である。従って、貯留部131内において、導電部137がセシウムCと接触している状態(図3参照)であれば、導電部137、セシウムC、及び貯留部131によって電流が流れる電流経路が形成される。この状態で電圧付与部138が導電部137と貯留部131の間に電圧を付与すると、上述の電流経路に、当該電流経路の抵抗に応じた電流が流れる。
In the negative
例えば、図3に示す状態から図4に示す状態となり、貯留部131内のセシウムCの残量が減少すると、液面Fが低下することで、導電部137とセシウムCとの接触量が変化する。これにより、導電部137、セシウムC、及び貯留部131で形成される電流経路の抵抗が変化する。更に、図4に示す状態からセシウムCの残量が減少して図5に示す状態となると、セシウムCの液面Fから導電部137が露出して離間する。この場合、導電部137とセシウムCとの間の抵抗が無限大となり、導電部137、セシウムC、及び貯留部131で形成される電流経路は分断される。
For example, when the state shown in FIG. 3 is changed to the state shown in FIG. 4 and the remaining amount of cesium C in the
これらのように、セシウムCの残量が減少することにより、導電部137、セシウムC、及び貯留部131で形成される電流経路の抵抗が変化し、又は分断されるため、電圧付与部138で電圧を付与した場合の電圧、電流、及び抵抗の関係が変化する。従って、残量検知部150が、導電部137と貯留部131との間の電圧、電流又は抵抗を測定することで、測定結果に基づいて貯留部131内のセシウムCの残量を検知することができる。以上により、セシウム供給部130に貯留されているセシウムCの残量を正確に検知することができる。
As described above, when the remaining amount of cesium C decreases, the resistance of the current path formed by the
負イオン源装置100において、導電部137は、貯留部131内で鉛直方向に延伸してよい。この場合、貯留部131内のセシウムCの残量が減少し、液面Fが鉛直方向に下がるに従って、導電部137とセシウムCの接触量が徐々に減少してゆく。すなわち、導電部137、セシウムC、及び貯留部131によって形成される電流経路の抵抗が連続的に変化する。従って、残量検知部150は、セシウムの残量を連続的に検知することができる。
In the negative
負イオン源装置100において、貯留部131は、底壁141、側壁142、及び蓋体143を備え、導電部137は、蓋体143を貫通しており、蓋体143は、貯留部131の内部側に配置される底面143aを有し、底面143aは鉛直方向において高低差を有してよい。貯留部131内では貯留されたセシウムCが気化することで、蓋体143の底面143aにセシウムが付着する。この場合、導電部137が蓋体143付近でセシウムと接触することで、検知精度に影響を及ぼす可能性がある。例えば、本実施形態では、導電部137は、絶縁部144によって蓋体143と絶縁されているが、蓋体143に付着したセシウムを介して、導電部137が絶縁部144より外側の部分と電気的に接続される可能性がある。従って、蓋体143の底面143aが鉛直方向において高低差を有することで、底面143aに付着したセシウムCを低い位置へ流すことができる。これにより、蓋体143付近でセシウムCと導電部137とが接触すること抑制できる。
In the negative
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiment described above.
例えば、上述の実施形態では、導電部は蓋体を貫通していたが、貯留部のどの壁部を貫通してもよい。例えば、側壁を貫通してもよい。ただし、その場合、貫通部に絶縁部を設けることで、貯留部と導電部を絶縁する必要がある。また、上述の実施形態では、導電部が鉛直方向に延伸していたが、導電部の延びる方法は特に限定されない。例えば、導電部は鉛直方向に対して斜め方向に延びてもよく、水平方向に延びてもよい。あるいは、導電部が屈曲、湾曲することで、異なる方向に延びる複数の部分を有していてもよい。また、導電部は、貯留部内に複数本設けられてもよい。例えば、貯留部の側壁部に、上下方向に所定のピッチで複数本の導電部が設けられていてよい。この場合、各導電部は貯留部内で水平方向に延びていてよい。また、電圧付与部は、各導電部に対する端子を有してよい。このような構成を採用した場合、貯留部内のセシウムの残量が減少するに従って、上側に配置された導電部から順に、セシウムの液面から露出してゆく。従って、セシウムの液面から露出した導電部を把握することで、セシウムの液面の高さを検知することができる。 For example, in the above-mentioned embodiment, although the electroconductive part has penetrated the cover body, you may penetrate any wall part of the storage part. For example, you may penetrate a side wall. However, in that case, it is necessary to insulate the storage part and the conductive part by providing an insulating part in the penetrating part. Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the electroconductive part was extended | stretched to the perpendicular direction, the method for extending an electroconductive part is not specifically limited. For example, the conductive portion may extend in an oblique direction with respect to the vertical direction, or may extend in the horizontal direction. Alternatively, the conductive portion may be bent or curved to have a plurality of portions extending in different directions. A plurality of conductive parts may be provided in the storage part. For example, a plurality of conductive portions may be provided on the side wall portion of the storage portion at a predetermined pitch in the vertical direction. In this case, each conductive part may extend in the horizontal direction within the storage part. In addition, the voltage application unit may have a terminal for each conductive unit. When such a configuration is adopted, as the remaining amount of cesium in the storage portion decreases, the cesium liquid surface is exposed sequentially from the conductive portion arranged on the upper side. Therefore, the height of the liquid surface of cesium can be detected by grasping the conductive portion exposed from the liquid surface of cesium.
100…負イオン源装置、102…負イオン生成部、130…セシウム供給部、131…貯留部、136…加熱部、137…導電部、138…電圧付与部、141…底壁、142…側壁、143…蓋体、150…残量検知部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記負イオン生成部へセシウムを供給するセシウム供給部と、
前記セシウム供給部の前記セシウムの残量を検知する残量検知部と、を備え、
前記セシウム供給部は、
前記セシウムを貯留する貯留部と、
前記貯留部を加熱する加熱部と、
前記貯留部の内部に設けられ、導電性の材料からなり、前記貯留部から絶縁される導電部と、
前記導電部と前記貯留部との間に電圧を付与可能な電圧付与部と、を備え、
前記残量検知部は、
前記導電部と前記貯留部との間の電圧、電流又は抵抗を測定し、測定結果に基づいて前記貯留部内の前記セシウムの残量を検知する、負イオン源装置。 A negative ion generator that generates negative ions;
A cesium supply unit for supplying cesium to the negative ion generation unit;
A remaining amount detection unit for detecting the remaining amount of cesium in the cesium supply unit,
The cesium supply unit is
A reservoir for storing the cesium;
A heating unit for heating the storage unit;
A conductive portion provided inside the storage portion, made of a conductive material and insulated from the storage portion;
A voltage application unit capable of applying a voltage between the conductive unit and the storage unit,
The remaining amount detection unit
A negative ion source device that measures a voltage, current, or resistance between the conductive portion and the storage portion, and detects the remaining amount of the cesium in the storage portion based on a measurement result.
前記導電部は、前記蓋体を貫通しており、
前記蓋体は、前記貯留部の内部側に配置される底面を有し、前記底面は鉛直方向において高低差を有する、請求項1又は2に記載の負イオン源装置。 The storage unit includes a bottom wall, a side wall, and a lid,
The conductive part passes through the lid,
The negative ion source device according to claim 1, wherein the lid has a bottom surface disposed on an inner side of the storage unit, and the bottom surface has a height difference in a vertical direction.
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