JP2023028334A - プラズマ加熱装置 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、プラズマ化により発生する陽子は、マイナスに帯電した管状導体の内面に向かい、内面の絶縁体膜に侵入して、一定の深さで重い陽イオン層を形成する。この重い陽イオン層は、電子ビーム照射を続けながら管状導体の内部にタンクのガスを供給することにより厚くすることができる。重い陽イオン層がラザフォード後方散乱を引き起こすのに十分な厚さになると、プラズマ化により発生する陽子は、マイナスに帯電した管状導体の内面に向かうものの、重い陽イオン層により跳ね返され、管状導体の内部で電子ビーム照射に起因する加熱を受け続け、高温のプラズマになる。管状導体の温度は、冷却器の流水経路を流れる水により下げることができる。流水経路を流れた高温の水は、発電や暖房などに利用することができる。
この場合、管状導体の内部で発生した陽子が入射管および供給管から外に漏れ出るのを防ぐことができる。
図1および図2は、本発明の実施の形態のプラズマ加熱装置を示している。
図1および図2に示すように、プラズマ加熱装置は、管状導体1と、陽極2と、入射管3と、タンク4と、真空チャンバ5と、電子銃6と、冷却器7と、X線スペクトロメータ8と、ガス流量調節器9と、温度計10とを有している。
陽極2は、直管状であって、管状導体1の中心軸線上に配置され、絶縁材21により管状導体1の内面で支持されている。陽極2は、プラスの高圧電源22に接続されてプラスに帯電されている。陽極2の一端は閉じており、管状導体1の外部に突出している。陽極2の他端は、管状導体1の内部で開いている。
真空チャンバ5は、真空ポンプ51に接続され、内部を真空に減圧可能となっている。真空チャンバ5は、内部が入射管3の一端の入射口31に連通している。
電子銃6は、真空チャンバ5に接続され、真空チャンバ5の内部を通して入射口31から管状導体1の内部に電子ビームを入射して、マイナスに帯電した管状導体1で電子ビームを反射させ、タンク4から管状導体1の内部に供給されるガスをプラズマ化させるようになっている。電子銃6により照射される電子ビームは、500mAの1keVから50keV程度で、連続照射が可能であることが好ましい。
X線スペクトロメータ8は、真空チャンバ5から放射されるX線を観測するよう真空チャンバ5に接続されている。X線スペクトロメータ8で、入射管3を通して漏れ出てくる電磁波のX線を観測し、そのスペクトル分析をすることによって管状導体1の内部のプラズマ温度を測定することができる。
ガス流量調節器9は、タンク4と供給管41との間に接続され、タンク4から供給管41に供給されるガスの流量を調節可能となっている。
温度計10は、冷却器7の内部の流水の温度を測定可能となっている。
プラズマ加熱装置は、電子銃6により真空チャンバ5の内部を通して入射管3の入射口31から管状導体1の内部に接線方向に電子ビームを入射させる。入射した電子ビームは、マイナスに帯電した管状導体1の内面で、マイナス電位とのクーロン力によって内側側面に沿った方向に跳ね返されて反射を繰り返し、次第に電子ビームは管状導体1の内部全体に拡散する。
電子ビームとのクーロン衝突によって、タンク4から供給管41および陽極2を通して管状導体1の内部に供給された水素ガス、重水素ガスまたはヘリウムガスは加熱され、プラズマ化する。電子ビーム照射を続けると、電子温度および陽子温度は、やがて熱的平衡状態になり電子ビームの温度と同じ温度になる。こうして、水素ガス、重水素ガスまたはヘリウムガスのプラズマ化により、効率的に高温を発生させることができる。また、入射した電子ビームの過剰な電子は、陽極2に吸収され、熱を発生させる。
管状導体1の内部のプラズマ温度は、X線天文学と同じように、電子ビーム入射管3を通して漏れ出てくる電磁波のX線を観測し、そのスペクトル分析をすることによって測定できる。
2 陽極
3 入射管
4 タンク
5 真空チャンバ
6 電子銃
7 冷却器
8 X線スペクトロメータ
9 ガス流量調節器
10 温度計
11 マイナスの高圧電源
21 絶縁材
22 プラスの高圧電源
31 入射口
32 入射管の他端
33 入射管用陽極
41 供給管
42 バルブ
51 真空ポンプ
71 絶縁体
72 注水口
73 排水口
74 ポンプ
Claims (3)
- 円筒状の内面を有し、マイナスに帯電可能であって前記内面が絶縁体膜で被覆された管状導体と、
前記管状導体の中心軸線上に絶縁材で支持されて配置された管状の陽極と、
直管状でマイナスに帯電可能であって内面が絶縁体膜で被覆され、前記管状導体の内面接線方向に伸び、一端に入射口を有し、他端が前記管状導体と結合して前記管状導体の内部に連通する入射管と、
水素ガス、重水素ガスまたはヘリウムガスを供給するためのタンクと、
前記陽極および前記タンクに接続され、前記タンクから前記陽極を通して前記管状導体の内部に前記水素ガス、前記重水素ガスまたは前記ヘリウムガスを供給する供給管と、
真空ポンプに接続されて内部が前記入射管の前記一端に連通する真空チャンバと、
前記真空チャンバの内部を通して前記入射口から前記管状導体の内部に電子ビームを入射して、マイナスに帯電した前記管状導体で反射させ、前記タンクから前記管状導体の内部に供給されるガスをプラズマ化させる電子銃と、
前記管状導体を包囲し、内部に流水経路を有する冷却器とを、
有することを特徴とするプラズマ加熱装置。 - 前記入射管は前記入射口の周囲に入射管用陽極が設けられ、前記供給管はプラスに帯電されていることを、特徴とする請求項1記載のプラズマ加熱装置。
- 前記真空チャンバから放射されるX線を観測するためのX線スペクトロメータと、
前記タンクから前記供給管に供給される前記ガスの流量を調節するためのガス流量調節器とを、
有することを特徴とする請求項1または2記載のプラズマ加熱装置。
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