JP2757963B2 - イオン源加速電極 - Google Patents
イオン源加速電極Info
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- JP2757963B2 JP2757963B2 JP1121961A JP12196189A JP2757963B2 JP 2757963 B2 JP2757963 B2 JP 2757963B2 JP 1121961 A JP1121961 A JP 1121961A JP 12196189 A JP12196189 A JP 12196189A JP 2757963 B2 JP2757963 B2 JP 2757963B2
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- accelerating electrode
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Plasma Technology (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンを生成・加速するイオン源に用いら
れる加速電極に関し、特に核融合装置における中性粒子
入射装置（NBI）用イオン源に用いられる加速電極に関
する。
れる加速電極に関し、特に核融合装置における中性粒子
入射装置（NBI）用イオン源に用いられる加速電極に関
する。
［従来の技術］ 従来のイオン源に用いられる加速電極は電気的良導体
により構成されている。
により構成されている。
［発明が解決しようとする課題］ 第３図は、核融合装置の中性粒子入射装置用のイオン
源であって、加速電極が用いられている従来のイオン源
の概略ブロック図である。第３図において、イオン源10
は、プラズマ生成部12及びイオン加速部14からなる。プ
ラズマ生成部12には、アーク放電室が設けられ、該アー
ク放電室内に導入された水素ガスは、アーク放電により
水素イオン（Ｈ+）（以下「イオン」という）と電子
（ｅ-）に分離する。イオン加速部14は、多数の円形孔1
8があけられている金属板、例えば銅、モリブデン等か
らなる複数の加速電極20を有する。イオン加速部14の各
加速電極20間に電源16により高電圧、例えば最も離間し
た加速電極間に100KV程度を印加し、プラズマ生成部12
で生成されたイオンのみを引き出す。なお、各加速電極
20は引き出されるイオンに対して垂直に配置される。イ
オンは、各加速電極20にあけられた孔18を通過して各加
速電極20間の高電界により加速される。
源であって、加速電極が用いられている従来のイオン源
の概略ブロック図である。第３図において、イオン源10
は、プラズマ生成部12及びイオン加速部14からなる。プ
ラズマ生成部12には、アーク放電室が設けられ、該アー
ク放電室内に導入された水素ガスは、アーク放電により
水素イオン（Ｈ+）（以下「イオン」という）と電子
（ｅ-）に分離する。イオン加速部14は、多数の円形孔1
8があけられている金属板、例えば銅、モリブデン等か
らなる複数の加速電極20を有する。イオン加速部14の各
加速電極20間に電源16により高電圧、例えば最も離間し
た加速電極間に100KV程度を印加し、プラズマ生成部12
で生成されたイオンのみを引き出す。なお、各加速電極
20は引き出されるイオンに対して垂直に配置される。イ
オンは、各加速電極20にあけられた孔18を通過して各加
速電極20間の高電界により加速される。
このとき、プラズマ生成部12から引き出されたイオン
またはそれから漏れ出た電子等の荷電粒子の一部は、加
速電極20にあけられた孔18を適切に通過しないで加速電
極20に衝突する。この荷電粒子の加速電極20への衝突に
より２次電子放出が加速電極20間の高電界のもとで生
じ、その結果加速電極20間で放電破壊が通常頻繁に発生
する。この放電破壊により加速電極20は損傷を受け、そ
の耐電圧は劣化し、更には加速電極20は熔融される。こ
のように損傷を受けた加速電極20は、安定にイオンビー
ムを加速することが不可能となる。放電破壊時に、加速
電極20に損傷を与えるエネルギーは、主に電源16側の対
地浮遊容量に蓄積されたエネルギーである。即ち、放電
破壊時に、このエネルギーは、加速電極20に電圧を印加
する供給線22を介し加速電極20に流入する。更に、この
エネルギーは、加速電極20面上に点状に発生している放
電破壊点まで電気的良導体である加速電極20の部分を経
て損失なく流入し、その結果加速電極20に大きな損傷を
与える。従って、従来のイオン源10には、このエネルギ
ーの各加速電極20への流入を抑制するため、電源16内で
加速電極へ高電圧を供給する出力部にサージ抑制素子24
が設けられている。
またはそれから漏れ出た電子等の荷電粒子の一部は、加
速電極20にあけられた孔18を適切に通過しないで加速電
極20に衝突する。この荷電粒子の加速電極20への衝突に
より２次電子放出が加速電極20間の高電界のもとで生
じ、その結果加速電極20間で放電破壊が通常頻繁に発生
する。この放電破壊により加速電極20は損傷を受け、そ
の耐電圧は劣化し、更には加速電極20は熔融される。こ
のように損傷を受けた加速電極20は、安定にイオンビー
ムを加速することが不可能となる。放電破壊時に、加速
電極20に損傷を与えるエネルギーは、主に電源16側の対
地浮遊容量に蓄積されたエネルギーである。即ち、放電
破壊時に、このエネルギーは、加速電極20に電圧を印加
する供給線22を介し加速電極20に流入する。更に、この
エネルギーは、加速電極20面上に点状に発生している放
電破壊点まで電気的良導体である加速電極20の部分を経
て損失なく流入し、その結果加速電極20に大きな損傷を
与える。従って、従来のイオン源10には、このエネルギ
ーの各加速電極20への流入を抑制するため、電源16内で
加速電極へ高電圧を供給する出力部にサージ抑制素子24
が設けられている。
ところで、近年核融合装置の大型化に伴い、中性粒子
入射装置は従来に比して格段に大きい電力のビームを発
生させることが必要となった。この大電力ビームを発生
させる中性粒子入射装置に使用されるイオン源用の加速
電極は、その面積が従来の加速電極より数10倍と大きな
ものになり、それに伴い、加速電極間の静電容量も従来
のものより数10倍大きいものとなる。更に、各加速電極
間には、従来のイオン源の各加速電極間に印加される電
圧より約10倍も高い電圧、例えば最も離間した加速電極
間で1000KV程度の電圧が印加される。従って、静電容量
の増大と印加電圧の増大により加速電極自身の持つエネ
ルギーは著しく大きいものとなる。従来のイオン源にお
いては、加速電極間に放電破壊が生じたとき、この加速
電極自身の持つエネルギーは小さいので、このエネルギ
ーによる加速電極の損傷は考慮しなくてよかった。しか
し、上記のように、従来に比して加速電極の面積を数10
倍に、また印加電圧を約10倍にも増大させると、加速電
極間に放電破壊が発生したとき、前述の電源側からの流
入エネルギーをいくら抑制しても、加速電極自身の持つ
エネルギーにより加速電極は損傷を受け、安定なビーム
を出力することができなくなるという問題が生じた。こ
のエネルギーは、加速電極間の静電容量により蓄積され
るため、上記のサージ抑制素子ではこの加速電極自身の
持つエネルギーの発生を抑制することができず、これま
で適切な加速電極の損傷を防止する手段がないという問
題点があった。
入射装置は従来に比して格段に大きい電力のビームを発
生させることが必要となった。この大電力ビームを発生
させる中性粒子入射装置に使用されるイオン源用の加速
電極は、その面積が従来の加速電極より数10倍と大きな
ものになり、それに伴い、加速電極間の静電容量も従来
のものより数10倍大きいものとなる。更に、各加速電極
間には、従来のイオン源の各加速電極間に印加される電
圧より約10倍も高い電圧、例えば最も離間した加速電極
間で1000KV程度の電圧が印加される。従って、静電容量
の増大と印加電圧の増大により加速電極自身の持つエネ
ルギーは著しく大きいものとなる。従来のイオン源にお
いては、加速電極間に放電破壊が生じたとき、この加速
電極自身の持つエネルギーは小さいので、このエネルギ
ーによる加速電極の損傷は考慮しなくてよかった。しか
し、上記のように、従来に比して加速電極の面積を数10
倍に、また印加電圧を約10倍にも増大させると、加速電
極間に放電破壊が発生したとき、前述の電源側からの流
入エネルギーをいくら抑制しても、加速電極自身の持つ
エネルギーにより加速電極は損傷を受け、安定なビーム
を出力することができなくなるという問題が生じた。こ
のエネルギーは、加速電極間の静電容量により蓄積され
るため、上記のサージ抑制素子ではこの加速電極自身の
持つエネルギーの発生を抑制することができず、これま
で適切な加速電極の損傷を防止する手段がないという問
題点があった。
本発明は、高電力ビームを安定に出力することができ
るイオン源に用いられるイオン源加速電極を提供するこ
とを目的とする。
るイオン源に用いられるイオン源加速電極を提供するこ
とを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のイオン源加速電
極では、該加速電極の全体又は一部が電気的抵抗体で構
成されている。
極では、該加速電極の全体又は一部が電気的抵抗体で構
成されている。
また、本発明のイオン源加速電極は、複数の電気的良
導体と該複数の電気的良導体を仕切る電気的抵抗体とか
ら構成しうる。
導体と該複数の電気的良導体を仕切る電気的抵抗体とか
ら構成しうる。
［作用］ 上記のように構成されたイオン源加速電極において
は、加速電極間に放電破壊が生じたとき、放電破壊点に
流入する加速電極自身の持つエネルギーは電気的抵抗体
に吸収される。
は、加速電極間に放電破壊が生じたとき、放電破壊点に
流入する加速電極自身の持つエネルギーは電気的抵抗体
に吸収される。
［実施例］ 実施例について図面を参照して説明する。
第１図は、本発明に基づく加速電極の一実施例を示す
概略斜視図である。第１図に示されるように、本発明の
加速電極30は、矩形をした板状の形状を有し、加速電極
全体が電気的抵抗体からなり、イオンが通過する多数の
孔18があけられ、該加速電極30の一端には高電圧を印加
する供給線22が設けられている。この加速電極30は、大
電力ビームを発生させるため従来の加速電極よりその面
積が数10倍と大きく、そのため加速電極間の静電容量も
従来の加速電極に比して数10倍も大きいものである。大
電力ビームを発生させるため、このように大きな加速電
極30が第３図に示される従来のイオン源の複数の加速電
極20のそれぞれに代わって用いられ、且つ加速電極30間
に、従来の加速電極20間に印加される電圧より約10倍も
高い電圧が印加されるので、加速電極自身の持つエネル
ギーは従来の加速電極より著しく大きくなり無視しえな
いものとなる。
概略斜視図である。第１図に示されるように、本発明の
加速電極30は、矩形をした板状の形状を有し、加速電極
全体が電気的抵抗体からなり、イオンが通過する多数の
孔18があけられ、該加速電極30の一端には高電圧を印加
する供給線22が設けられている。この加速電極30は、大
電力ビームを発生させるため従来の加速電極よりその面
積が数10倍と大きく、そのため加速電極間の静電容量も
従来の加速電極に比して数10倍も大きいものである。大
電力ビームを発生させるため、このように大きな加速電
極30が第３図に示される従来のイオン源の複数の加速電
極20のそれぞれに代わって用いられ、且つ加速電極30間
に、従来の加速電極20間に印加される電圧より約10倍も
高い電圧が印加されるので、加速電極自身の持つエネル
ギーは従来の加速電極より著しく大きくなり無視しえな
いものとなる。
イオンを加速するため各加速電極30間に高電圧が印加
されると、前述のように各加速電極30間において通常頻
繁に放電破壊が生じる。このとき、加速電極30自身の持
つエネルギーは加速電極30面上の放電破壊点に流入しよ
うとする。加速電極30は、従来の加速電極のように電気
的良導体ではなく全体に電気的抵抗体からなるので、放
電破壊点に流入しようとする加速電極自身の持つエネル
ギーは、加速電極自身の抵抗体により吸収される。その
ため、加速電極自身の持つエネルギーは、放電破壊点に
流入しないか、あるいは加速電極にその耐電圧の劣化や
熔融という損傷を与えない程度に十分減衰して放電破壊
点に流入する。従って、加速電極30は、放電破壊を生じ
ても、その耐電圧の劣化や加速電極の熔融という損傷を
受けず、イオン源は安定な大電力ビームを出力すること
ができる。
されると、前述のように各加速電極30間において通常頻
繁に放電破壊が生じる。このとき、加速電極30自身の持
つエネルギーは加速電極30面上の放電破壊点に流入しよ
うとする。加速電極30は、従来の加速電極のように電気
的良導体ではなく全体に電気的抵抗体からなるので、放
電破壊点に流入しようとする加速電極自身の持つエネル
ギーは、加速電極自身の抵抗体により吸収される。その
ため、加速電極自身の持つエネルギーは、放電破壊点に
流入しないか、あるいは加速電極にその耐電圧の劣化や
熔融という損傷を与えない程度に十分減衰して放電破壊
点に流入する。従って、加速電極30は、放電破壊を生じ
ても、その耐電圧の劣化や加速電極の熔融という損傷を
受けず、イオン源は安定な大電力ビームを出力すること
ができる。
第２図は、本発明に基づく加速電極の別の実施例を示
す概略斜視図である。第２図において、加速電極32は、
矩形をした板状の形状を有し、９つの電極部34a〜34i
と、該９つの電極部34a〜34iを仕切る電気的抵抗体36a
〜36dとから構成され、加速電極32に高電圧を印加する
供給線22が設けられている。各電極部34a〜34iは、矩形
をした板状の形状を有し、従来の加速電極と同様の銅、
モリブデン等の電気的良導体からなり、イオンが通過す
るための多数の孔18があけられている。電気的抵抗体36
a〜36dは、電極部34a〜34iと接触している。この加速電
極32が第３図に示されるようなイオン源10に用いられ、
各加速電極32間に高電圧が印加されると、加速電極32間
に前述のように通常放電破壊が頻繁に生じる。このと
き、例えば電極部34aに放電破壊点が存在する場合、そ
れ以外の電極部34b〜34i自身の持つエネルギーが放電破
壊点に流入するためには電極部34a〜34iを仕切る抵抗体
36a〜36dを介するので、電極部34b〜34i自身の持つエネ
ルギーは抵抗体36a〜36dに吸収される。従って、電極34
b〜34i自身の持つエネルギーは、電極部34aの放電破壊
点に流入しないか、あるいは電極34aにその耐電圧の劣
化や熔融という損傷を与えない程度に十分減衰して流入
する。
す概略斜視図である。第２図において、加速電極32は、
矩形をした板状の形状を有し、９つの電極部34a〜34i
と、該９つの電極部34a〜34iを仕切る電気的抵抗体36a
〜36dとから構成され、加速電極32に高電圧を印加する
供給線22が設けられている。各電極部34a〜34iは、矩形
をした板状の形状を有し、従来の加速電極と同様の銅、
モリブデン等の電気的良導体からなり、イオンが通過す
るための多数の孔18があけられている。電気的抵抗体36
a〜36dは、電極部34a〜34iと接触している。この加速電
極32が第３図に示されるようなイオン源10に用いられ、
各加速電極32間に高電圧が印加されると、加速電極32間
に前述のように通常放電破壊が頻繁に生じる。このと
き、例えば電極部34aに放電破壊点が存在する場合、そ
れ以外の電極部34b〜34i自身の持つエネルギーが放電破
壊点に流入するためには電極部34a〜34iを仕切る抵抗体
36a〜36dを介するので、電極部34b〜34i自身の持つエネ
ルギーは抵抗体36a〜36dに吸収される。従って、電極34
b〜34i自身の持つエネルギーは、電極部34aの放電破壊
点に流入しないか、あるいは電極34aにその耐電圧の劣
化や熔融という損傷を与えない程度に十分減衰して流入
する。
ところで、電極34a自身の持つエネルギーは、該電極
部34aが電気的良導体のため、殆ど減衰せずに放電破壊
点に流入する。しかし、加速電極32を区切って電極部の
面積を小さくしたため電極34a自身の持つエネルギーも
小さくなっている。そのため、該電極部34a自身の持つ
エネルギーが放電破壊時に放電破壊点に流入しても、該
エネルギーは電極部の耐電圧の劣化や熔融という損傷を
与えない。
部34aが電気的良導体のため、殆ど減衰せずに放電破壊
点に流入する。しかし、加速電極32を区切って電極部の
面積を小さくしたため電極34a自身の持つエネルギーも
小さくなっている。そのため、該電極部34a自身の持つ
エネルギーが放電破壊時に放電破壊点に流入しても、該
エネルギーは電極部の耐電圧の劣化や熔融という損傷を
与えない。
従って、加速電極32は、放電破壊を生じても、その耐
電圧の劣化や加速電極の熔融という損傷を受けず、イオ
ン源は安定な大電力ビームを出力することができる。
電圧の劣化や加速電極の熔融という損傷を受けず、イオ
ン源は安定な大電力ビームを出力することができる。
第２図の実施例においては、説明のためにのみ電極部
が９つの場合を示したが、電極部の数はこれに限定され
ない。要は、電極部自身が持つエネルギーが放電破壊時
に該電極部の耐電圧の劣化や熔融という損傷を与えない
ような電極部の大きさになるように電極部の数を決めれ
ばよい。
が９つの場合を示したが、電極部の数はこれに限定され
ない。要は、電極部自身が持つエネルギーが放電破壊時
に該電極部の耐電圧の劣化や熔融という損傷を与えない
ような電極部の大きさになるように電極部の数を決めれ
ばよい。
以上第１図及び第２図を参照して本発明の実施例を説
明したが、加速電極、電極部の形状は矩形に限らず円形
等種々の形状が可能であり、それに伴い抵抗体の形状も
種々な形状が可能である。
明したが、加速電極、電極部の形状は矩形に限らず円形
等種々の形状が可能であり、それに伴い抵抗体の形状も
種々な形状が可能である。
また、抵抗体の材質や抵抗値は、イオンが加速電極に
衝突することにより生じるビーム電流による損失や放電
破壊点に流入する加速電極自身の持つエネルギーの許容
値等から決めることができる。
衝突することにより生じるビーム電流による損失や放電
破壊点に流入する加速電極自身の持つエネルギーの許容
値等から決めることができる。
なお、本発明の加速電極は、核融合装置の中性粒子入
射装置用イオン源に適用が限られず、一般的なイオン源
の加速電極に適用可能である。
射装置用イオン源に適用が限られず、一般的なイオン源
の加速電極に適用可能である。
［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。
以下に記載されるような効果を奏する。
加速電極の全体又は一部が電気的抵抗体により構成さ
れているので、放電破壊時に放電破壊点に流入する加速
電極自身の持つエネルギーは該電気的抵抗体に吸収さ
れ、加速電極にその耐電圧の劣化や熔融という損傷を与
えない。
れているので、放電破壊時に放電破壊点に流入する加速
電極自身の持つエネルギーは該電気的抵抗体に吸収さ
れ、加速電極にその耐電圧の劣化や熔融という損傷を与
えない。
そのため、加速電極の面積を従来の加速電極より格段
に大きくすることが可能となり、また加速電極間に印加
される電圧も従来の加速電極より格段に高くすることが
できるので、高電力ビームを安定に発生させるイオン源
を実現することができる。
に大きくすることが可能となり、また加速電極間に印加
される電圧も従来の加速電極より格段に高くすることが
できるので、高電力ビームを安定に発生させるイオン源
を実現することができる。
第１図は本発明に基づく加速電極の一実施例を示す概略
斜視図、第２図は本発明に基づく加速電極の別の実施例
を示す概略斜視図、第３図は核融合装置の中性粒子入射
装置用のイオン源であって加速電極が用いられている従
来のイオン源の概略ブロック図である。 10:イオン源、12:プラズマ生成部、14:イオン加速部、1
6:電源、18:孔、20:加速電極、22:供給線、24:サージ抑
圧素子、30:抵抗体からなる加速電極、32:加速電極、34
a〜34i:電極部、36a〜36d:電気的抵抗体、
斜視図、第２図は本発明に基づく加速電極の別の実施例
を示す概略斜視図、第３図は核融合装置の中性粒子入射
装置用のイオン源であって加速電極が用いられている従
来のイオン源の概略ブロック図である。 10:イオン源、12:プラズマ生成部、14:イオン加速部、1
6:電源、18:孔、20:加速電極、22:供給線、24:サージ抑
圧素子、30:抵抗体からなる加速電極、32:加速電極、34
a〜34i:電極部、36a〜36d:電気的抵抗体、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/22 Ｈ０５Ｈ 1/22 3/00 3/00 (72)発明者 関 昌弘 茨城県那珂郡那珂町向山字中原801番地 の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 (56)参考文献 実開 昭60−126964（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】イオン源に用いられる加速電極であって、 該加速電極の全体又は一部が電気的抵抗体により構成さ
れていることを特徴とするイオン源加速電極。 - 【請求項２】請求項１記載のイオン源加速電極におい
て、前記加速電極は複数の電気的良導体と該複数の電気
的良導体を仕切る電気的抵抗体とからなることを特徴と
するイオン源加速電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1121961A JP2757963B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | イオン源加速電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1121961A JP2757963B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | イオン源加速電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02302000A JPH02302000A (ja) | 1990-12-14 |
| JP2757963B2 true JP2757963B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=14824185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1121961A Expired - Fee Related JP2757963B2 (ja) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | イオン源加速電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757963B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4719011B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2011-07-06 | 株式会社東芝 | レーザーイオン化ガス検出装置およびレーザーイオン化ガス分析方法 |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP1121961A patent/JP2757963B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02302000A (ja) | 1990-12-14 |
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