JP2567146B2 - イオン源用電極板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は核融合炉用中性粒子加熱装置や陽子加速器等
各種ビーム装置のビーム源であるイオン源用電極板に関
する。

（従来の技術） 例えば核融合炉装置におけるプラズマ加熱用第２段加
熱方法として、中性粒子入射加熱方法がある。その加熱
装置の負イオン源（１）の一例を第16図に示す。

負イオン源（１）はガス導入系（２）からガス導入ポ
ート（３）を通って水素ガスをプラズマ生成部（４）の
放電室（５）に封入する。フィラメント（６）に通電
し、封入された水素ガスに点火し、水素プラズマを生成
する。その水素プラズマから電子を分離し、負イオンの
みを引出し、負イオンを加速する目的でプラズマ電極
（７）、引出電極（８）、電子抑制電極（９）、接地電
極（10）、更に各電極間を絶縁する絶縁物（11）を有す
る加速部にて構成される。ここで水素プラズマから負イ
オンのみ引出す目的で、第１の磁気フィルタ（12）と第
２の磁気フィルタ（13）が配置されるが、特に引出電極
（８）の電極板（8b）に設置される第２の磁気フィルタ
（13）は、永久磁石（19）を裸のまま引出電極（８）に
設けた溝（8a）に挿入されている。永久磁石（19）は、
裸のままだと真空中での放出ガスが多くて問題とされ、
永久磁石（19）自体を高温の雰囲気中に入れておくと磁
石の特性が劣化する問題、又、複数の磁石の極性の方向
性のばらつきが出る問題があった。

また永久磁石（19）は第15図（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、例えば複数個のサマリウムコバルト磁石を電極板
本体（27）に挿入したような構成をもち、これを第２の
磁気フィルタ（13）と呼ぶ。第15図（ａ）は、冷却管
（28）と第２の磁気フィルタ（13）を備えた電極板本体
（27）に第１、第２の溝（27a），（27b）を設け、永久
磁石（19）と冷却管（28）を挿入したうえ、ろう材（3
0）でろう付固着したものである。なお、冷却管（28）
については接触面積を増し、冷却効率を上げるため、矩
形断面のものを用いることもある。

しかし磁石（19）と電極板本体（７）をろう付する場
合には450℃以上の温度にするため、磁石の特性の劣化
もしくは喪失という問題がある。そこで、第15図（ｂ）
の従来例に示すように、電極板本体（27）に冷却管（2
8）をろう付した後、磁石（９）に挿入し、盲板（31）
を中心線（32）で示す位置にてねじ止めすることでふた
をし、固定するといった手段をとることもあった。この
ようにすると、電極板表面にねじ頭又はねじ溝といった
凸凹部ができてしまうため、高電圧を印加した時の放電
破壊の要因となるという問題がある。更に磁場強度を変
える時の磁気フィルタ用磁石の着脱時には、ねじの着脱
が必要となり繁雑な作業を伴うことになる。

また、溝ではなく永久磁石（19）挿入用の貫通穴を電
極板本体（７）に機械加工するという手段も考えられる
が、これは小断面の超長穴をあける必要があり、加工精
度を保つことはもとより、加工そのものが困難であっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

永久磁石の裸のまま真空中に放置することは永久磁石
からの放出ガスが非常に多く、真空度を劣化させ、又永
久磁石周囲の雰囲気が高温になると磁石特性が劣化す
る。又、第２の磁気フィルタ（13）の１本を複数個の永
久磁石の継足しで構成する場合は、永久磁石の装着性や
磁極の方向性が揃わない難しさがあった。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、その目的
は真空中での放出ガスが少なく磁石を強制的に冷却で
き、又磁石の装着、磁極の方向を揃えるのが容易なイオ
ン源用電極板を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するためになされたもの
で、イオン源用電極板は上面が平らな上側部金属板と、
冷媒給排路用溝と磁気フィルタ用貫通溝を設けた中央部
金属板と、冷媒給排用穴を設けた下側部金属板の３枚を
重ね合せ拡散接合により接合し、イオン源の真空容器に
取付け、真空容器外から磁気フィルタ用永久磁石を着脱
可能にする。

そして磁気フィルタは裸の永久磁石を上記電極板に挿
入して用いるか、または、着磁前の磁石材料を非磁性で
真空部への放出ガスの少ないCu又はSUS材等の容器に挿
入し、その容器を真空シールした後に前記磁石材料を着
磁したものを用いる。

（作 用） 上記のような構成にすると、イオン源用電極板は、上
側部金属板表面に凸凹がなくなって特性が良くなり、上
側部金属板と中央部金属板との拡散接合により、引出電
極内部に冷媒通路を備えることになり、冷却管をろう付
する場合と同等以上の冷却作用が得られる。そして、下
側部金属板と中央部金属板も同様の接合により永久磁石
挿入用貫通溝を確保することができ、永久磁石のろう付
あるいは超長穴の機械加工というものが不要になる。

また、磁気フィルタは容器内に磁石材料（着磁前）を
挿入するので、磁石間の吸引、反発力がなく、作業が容
易である。又は真空雰囲気に接するのが容器表面である
のでその容器材料からの放出ガスが少ない。そして、磁
石材料を容器に挿入してから着磁するため磁極の一様性
が良い。また、一本の磁気フィルタが複数個の磁石から
構成されていても一本の容器内に納められるので、容器
単位で引出電極に着脱が可能で且つ作業が容易になる。
場合によっては容器内への磁石の挿入空間に冷媒を通
し、冷却することで高温雰囲気でも使用可能となる。

（実施例） 実施例１ 以下本発明の第１の実施例について、第１図および第
２図（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。第１
図は引出電極（８）の電極板（8b）の分解斜視図を示
す。すなわち上側部金属板（41）、中央部金属板（4
2）、下側部金属板（43）からなり、上側部金属板（4
1）は平面板である。中央部金属板（42）には冷却水路
用溝（44）と永久磁石挿入用貫通溝（45）を設ける。下
側部金属板（43）には給排水用穴（46）を設ける。この
３枚の金属板を重ね合わせ拡散接合法により接合する。

接合後の引出電極（８）の平面図と、そのＦ−Ｆ線に
沿う矢視断面図、Ｇ−Ｇ線に沿う矢視断面図をそれぞれ
第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。なお、中央部金
属板（42）の冷却水路用溝（44）の両端には第14図
（ｃ）に示すように下側部金属板（43）の給排水用穴
（46）に連なる穴（46a）を設けておく。永久磁石挿入
用貫通溝（45）はイオン源の真空室外部に開口し、そこ
から永久磁石（19）を挿入する。

次に上記実施例１の作用を説明する。

上記構成の引出電極（８）の電極板（8b）において
は、上側部金属板（41）と中央部金属板（42）との金属
学的な拡散接合法の接合により引出電極（８）の電極板
（8b）内部に冷却水路を備えることになり、冷却管をろ
う付する場合と同等以上の冷却作用が得られる。

下側部金属板（43）と中央部金属板（42）も同様の接
合により永久磁石挿入用貫通溝（45）を確保することが
でき、永久磁石のろう付あるいは超長穴の機械加工とい
うものが不要になる。

本実施例１を用いることにより、接合前の中央部金属
板（42）に冷却水路用溝（44）や永久磁石挿入用溝（4
5）を加工することができるので製作が容易となるとと
もに狭い溝、長い溝等種々の加工が可能となる。また、
ろう付は行わず接合後の電極板の貫通溝に永久磁石（1
9）を挿入すれば良いため、磁石の特性をそこなうおそ
れがなく所定の性能を得ることができ、更に本イオン源
を種々の実験に用いていく場合などにおいて磁場強度の
変更を行う時などでも永久磁石（19）の着脱は、真空室
の外部から行うので極めて容易である。次に、接合後の
引出電極（８）の電極板（8b）の表面においてはねじ頭
等の不要な凸凹部は無く、一枚物の電極板と等価な状態
であり、放電破壊の要因を作ることがない。拡散接合を
用い、ろう付を行わないということは、ろう材に含まれ
る不純物の放出がないということでありイオン源内部を
高真空に保つことができるということも本実施例１の特
徴の一つである。更にろう付後のろう材の表面粗さに起
因する引出電極（18）の放電破壊の心配もない。

なお、本実施例１においては冷却水路用溝と永久磁石
挿入用貫通溝は垂直な配置となっているが、それぞれの
溝は高さレベルが違っているので平行もしくはそれ以外
の位置関係とすることが自在である。この場合において
も上記実施例１の効果をそこなうものではない。

また、イオン源には複数の電極板が狭い空間に設置さ
れるので、相互が干渉しないよう実施例１に示したよう
に冷却水は電極板下方へ逃がし下側部金属板に冷却水ヘ
ッダを取り付けられるようにすることが多いが、上記制
約がない場合には中央部金属板の冷却水路用溝を貫通溝
として、下側部金属板には給排水用穴（46）を施さず、
中央部金属板にて冷却水を取合うようにしても良い。尚
冷媒は水ではなくてもよい。

実施例２ 次に本発明の第２の実施例について第３図ないし第６
図を参照して説明する。

第４図および第５図に非磁性で真空部への放出ガスの
少ないCu又はSUS材等で作った容器（14）内に永久磁石
（19）を入れ、容器端部は蓋（16）で密閉してある矩形
の第２の磁気フィルタ（13）の磁石装置を示す。この磁
石装置を製造する方法としては、第３図に示すように薄
肉キャン状の容器（14）に磁石材料（15）を挿入し、容
器（14）の両側に蓋（16）をする。その後、第６図に示
すようにコイル（17）２ケに通電し、コイル（17）間に
磁場（18）を作り磁場（18）中を第２の磁気フィルタ
（13）を通過させ、磁石材料（15）を着磁する。第５図
は第４図のＡ−Ａ線に沿う矢視断面を示す。

次に上記実施例２の作用を説明する。

永久磁石が真空中にさらされない。

磁極の方向性にばらつきが少ない。

永久磁石が１列に複数個あっても、容器（14）に挿
入することで一体化される。

容器（14）と永久磁石（19）との間に冷媒流通用の
空隙を設けることが出来る。

次に上記実施例２の効果を説明する。

磁石材料（15）が着磁前の為、材料自体の吸引、反
発の力がなく挿入が容易である。

容器（14）に磁石材料を挿入して着磁する為、磁極
の方向性が良い。

永久磁石（19）が容器（14）に封入された構造にな
っている為、真空中への放出ガス量が少ない。

第２の磁気フィルタ（13）が一本の棒状化されてい
る為、引出電極（８）への着脱が容易である。

次に実施例２の変形例として第７図ないし第14図を参
照して説明する。

第７図と第８図は第２の磁気フィルタ（13）として、
断面円形の容器（14）に、断面円形の永久磁石を入れた
ものである。

第９図と第10図は第２の磁気フィルタ（13）として、
断面矩形の容器（14）内に、断面矩形の永久磁石（19）
を入れ、上部に冷却孔（20）を設け、端面に冷却水入口
ポート（21）と冷却水出口ポート（22）を設けて、矢印
のように冷却水（23）を通すようにしたものである。

第11図と第12図は第９図と第10図の例の永久磁石（1
9）を断面円形にしたものである。

第13図と第14図は第９図と第10図の例の容器（14）を
断面円形にしたものである。

上記のようにしても実施例２の効果のほか高温で使用
できる効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、次のような効果
がある。

請求項１のものは永久磁石の着脱が容易で、かつ真空
中での放出ガスが少なく、磁石を強制的に冷却できるイ
オン源用電極板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のイオン源用電極板を示
す分解斜視図、第２図（ａ）は第１図の部品を拡散接合
した状態を示す平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）の
Ｆ−Ｆ線に沿う矢視断面図、第２図（ｃ）は第２図
（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図、第３図は第２の実
施例の磁気フィルタ分解斜視図、第４図は第３図のもの
を組立てたものを示す斜視図、第５図は第４図のＡ−Ａ
線に沿う矢視断面図、第６図は磁石材料を着磁する状態
を示す説明図、第７図は実施例２の第１の変形例を示す
斜視図、第８図は第７図のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図、
第９図は実施例２の第２の変形例を示す斜視図、第10図
は第９図のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図、第11図は実施例
２の第３の変形例を示す斜視図、第12図は第11図のＤ−
Ｄ線に沿う矢視断面図、第13図は実施例２の第４の変形
例を示す斜視図、第14図は第13図のＥ−Ｅ線に沿う矢視
断面図、第15図（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる従来例
の立面図、第16図は従来のイオン源を示す縦断面図であ
る。 １……負イオン源、8b……電極板、 13……第２の磁気フィルタ、14……容器、 15……磁石材料、19……永久磁石。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面が平らな上側部金属板と、冷媒給配路
   用溝と磁気フィルタ用貫通溝を設けた中央部金属板と、
   冷媒給配路用穴を設けた下側部金属板の３枚を重ね合わ
   せ拡散接合により接合し、イオン源の真空容器に取付
   け、真空容器外から磁気フィルタ用永久磁石を着脱可能
   にしたことを特徴とするイオン源用電極板。