JP3350186B2 - イオンビーム発生装置 - Google Patents
イオンビーム発生装置Info
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合プラズマ加熱用
中性粒子入射装置に用いられるイオンビーム発生装置に
関する。
中性粒子入射装置に用いられるイオンビーム発生装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】イオンビーム発生装置は、核融合プラズ
マ加熱用中性粒子入射装置や各種ビーム生成装置に用い
られているイオンビームを発生させるものである。図３
は従来のイオンビーム発生装置の一例を示す概略構成図
であり、また図４はイオン加速部のビーム引き出し電極
の部分平面図である。
マ加熱用中性粒子入射装置や各種ビーム生成装置に用い
られているイオンビームを発生させるものである。図３
は従来のイオンビーム発生装置の一例を示す概略構成図
であり、また図４はイオン加速部のビーム引き出し電極
の部分平面図である。
【０００３】図３において、１はプラズマ源であり、
２，３，４はそれぞれの間に真空境界を兼ねる絶縁スペ
ーサ５を存して配設された電極支持フランジである。
６，７，８はそれぞれ支持フランジ２，３，４により支
持された電極であり、例えば電極６においては図４に示
すように縦方向、横方向に多数のビーム引き出し穴６ａ
を有している。
２，３，４はそれぞれの間に真空境界を兼ねる絶縁スペ
ーサ５を存して配設された電極支持フランジである。
６，７，８はそれぞれ支持フランジ２，３，４により支
持された電極であり、例えば電極６においては図４に示
すように縦方向、横方向に多数のビーム引き出し穴６ａ
を有している。
【０００４】次にイオンビーム発生装置の動作について
説明する。図３において、電極６の上部に設置されるプ
ラズマ源１で図示しないフィラメント電源及びアーク電
源によりソースプラズマが生成され、イオン加速部にお
いて、電極６，７間に図示しない電源により印加される
電位により、イオンをソースプラズマ中から引き出す。
ソースプラズマ中から引き出されたイオンは、電極７と
８との間に図示していない電源により電位が与えらるこ
とにより加速されてイオンビームが形成される。
説明する。図３において、電極６の上部に設置されるプ
ラズマ源１で図示しないフィラメント電源及びアーク電
源によりソースプラズマが生成され、イオン加速部にお
いて、電極６，７間に図示しない電源により印加される
電位により、イオンをソースプラズマ中から引き出す。
ソースプラズマ中から引き出されたイオンは、電極７と
８との間に図示していない電源により電位が与えらるこ
とにより加速されてイオンビームが形成される。
【０００５】このようにイオン加速部は、イオンビーム
を得るためのものであるが、近年のビーム引き出し技術
の進歩、ビームエネルギー増大の要求によりイオンビー
ムの多段加速が行われている。例えば、数百ｋｅＶ程度
のイオンビームを得るためには、図３において電極８の
下流に図示していない２枚の電極を配置し、各々の電極
に図示していない電源により電位を与えることにより、
イオンビームはさらに高エネルギーに加速される。
を得るためのものであるが、近年のビーム引き出し技術
の進歩、ビームエネルギー増大の要求によりイオンビー
ムの多段加速が行われている。例えば、数百ｋｅＶ程度
のイオンビームを得るためには、図３において電極８の
下流に図示していない２枚の電極を配置し、各々の電極
に図示していない電源により電位を与えることにより、
イオンビームはさらに高エネルギーに加速される。
【０００６】また、核融合装置の大形化に伴い、数百ｋ
ｅＶ〜ＭｅＶ級のビームエネルギーが要求され、従来主
に行われていた正イオン引き出しの代りに負イオン引き
出し型のイオン源が開発されようとしている。
ｅＶ〜ＭｅＶ級のビームエネルギーが要求され、従来主
に行われていた正イオン引き出しの代りに負イオン引き
出し型のイオン源が開発されようとしている。
【０００７】この負イオン源は、プラズマ源１において
負イオンのソースプラズマを生成し、これをイオン加速
部の各電極間に正イオン引き出しとは逆極性の電位を印
加して負イオンを引き出すものであり、構造は基本的に
図３と同様のものである。しかしながら、この負イオン
源は、負イオンを引き出しの電流密度が低いため、正イ
オン源に比べてさらに大きな面積の電極が必要となり、
イオン源が大形化している。
負イオンのソースプラズマを生成し、これをイオン加速
部の各電極間に正イオン引き出しとは逆極性の電位を印
加して負イオンを引き出すものであり、構造は基本的に
図３と同様のものである。しかしながら、この負イオン
源は、負イオンを引き出しの電流密度が低いため、正イ
オン源に比べてさらに大きな面積の電極が必要となり、
イオン源が大形化している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のイオ
ンビーム発生装置では、ビームエネルギーの増大に伴
い、例えば２５０ｋｅＶの場合で５枚程度の電極が必要
になり、且つ引き出すイオンビーム電流の増加に伴いイ
オン加速部はさらに大形となり、イオン源も大形のもの
が要求される。
ンビーム発生装置では、ビームエネルギーの増大に伴
い、例えば２５０ｋｅＶの場合で５枚程度の電極が必要
になり、且つ引き出すイオンビーム電流の増加に伴いイ
オン加速部はさらに大形となり、イオン源も大形のもの
が要求される。
【０００９】一般にプラズマ源とイオン加速部は構造的
に接続されており、絶縁スペーサはイオン加速部の真空
境界を兼ねている。また、このイオン加速部は支持フラ
ンジを介して中性粒子入射装置の真空容器本体に取付け
られる。
に接続されており、絶縁スペーサはイオン加速部の真空
境界を兼ねている。また、このイオン加速部は支持フラ
ンジを介して中性粒子入射装置の真空容器本体に取付け
られる。
【００１０】通常、中性粒子入射装置では、ビームライ
ンは核融合装置のビーム入射要求により水平方向あるい
は水平方向より傾斜を持った方向に設置されるため、イ
オン加速部とプラズマ源は水平設置あるいは傾いた状態
で設置される。このため、イオン加速部の絶縁スペーサ
はイオン加速部とプラズマ源の自重を支えることにな
る。
ンは核融合装置のビーム入射要求により水平方向あるい
は水平方向より傾斜を持った方向に設置されるため、イ
オン加速部とプラズマ源は水平設置あるいは傾いた状態
で設置される。このため、イオン加速部の絶縁スペーサ
はイオン加速部とプラズマ源の自重を支えることにな
る。
【００１１】従って、絶縁スペーサは構造部分としての
十分な剛性を保有しなければならず、強固に製作しなけ
ればならないため、大形化すると共に、自重が増えると
いう欠点がある。
十分な剛性を保有しなければならず、強固に製作しなけ
ればならないため、大形化すると共に、自重が増えると
いう欠点がある。
【００１２】また、イオンビームの軸合わせを行う場合
は、現状ではイオン源毎に角度調整を実施しているが、
上記のようにイオン源の重量が増すために角度調整機構
が大形化してしまう。
は、現状ではイオン源毎に角度調整を実施しているが、
上記のようにイオン源の重量が増すために角度調整機構
が大形化してしまう。
【００１３】一方、ビームエネルギーの増加が望まれる
今日においては、数個のイオン源を並べて大パワーのイ
オンビームをプラズマに入射する場合、各々のイオン源
の絶縁距離が問題となり、イオン源を据え付ける真空容
器が大形化してしまう。
今日においては、数個のイオン源を並べて大パワーのイ
オンビームをプラズマに入射する場合、各々のイオン源
の絶縁距離が問題となり、イオン源を据え付ける真空容
器が大形化してしまう。
【００１４】本発明は、イオン源の自重が真空境界を兼
ねる絶縁管に直接かかることがなく、さらに複数のイオ
ン源を最小スペースで設置することができるイオンビー
ム発生装置を提供することを目的とする。
ねる絶縁管に直接かかることがなく、さらに複数のイオ
ン源を最小スペースで設置することができるイオンビー
ム発生装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【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、次のような手段によりイオンビーム発生装
置を構成したものである。 （１）プラズマ源と、このプラズマ源で生成されるソー
スプラズマから複数段の電極間に印加された電圧により
イオンを引き出して加速するイオン加速部とからなるイ
オン源を備えたイオンビーム発生装置において、イオン
源取付フランジを有し、イオン引出し方向が水平方向と
なるように前記イオン源を複数台並設する絶縁管と、前
記プラズマ源に接続されることにより前記イオン源の自
重を支持する碍子とを具備する。 （２）上記（１）において、イオン源取付フランジとイ
オン源とはベローズを介して接続される。 （３）上記（１）において、絶縁管は、イオン源の高電
位部のフランジと絶縁接続される。
成するため、次のような手段によりイオンビーム発生装
置を構成したものである。 （１）プラズマ源と、このプラズマ源で生成されるソー
スプラズマから複数段の電極間に印加された電圧により
イオンを引き出して加速するイオン加速部とからなるイ
オン源を備えたイオンビーム発生装置において、イオン
源取付フランジを有し、イオン引出し方向が水平方向と
なるように前記イオン源を複数台並設する絶縁管と、前
記プラズマ源に接続されることにより前記イオン源の自
重を支持する碍子とを具備する。 （２）上記（１）において、イオン源取付フランジとイ
オン源とはベローズを介して接続される。 （３）上記（１）において、絶縁管は、イオン源の高電
位部のフランジと絶縁接続される。
【００１６】
【作用】上記のような構成のイオンビーム発生装置にあ
っては、高電圧絶縁管の開口面に真空境界面として設け
られたイオン源取付フランジにより、複数台のイオン源
を取付ける構成として高電圧絶縁管を各イオン源に対し
て共有にしているので、それぞれのイオン加速部の電極
をユニット化できる。またイオン源の自重を碍子で支え
ているので高電圧絶縁管にかかる重力を軽減できる。ま
た、各イオン源の高電位部が絶縁されているので、各々
異なるエネルギーのビームを生成することができる。
っては、高電圧絶縁管の開口面に真空境界面として設け
られたイオン源取付フランジにより、複数台のイオン源
を取付ける構成として高電圧絶縁管を各イオン源に対し
て共有にしているので、それぞれのイオン加速部の電極
をユニット化できる。またイオン源の自重を碍子で支え
ているので高電圧絶縁管にかかる重力を軽減できる。ま
た、各イオン源の高電位部が絶縁されているので、各々
異なるエネルギーのビームを生成することができる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図１及び図２は本発明によるイオンビーム発生装
置の構成例をそれぞれ示し、図１は横断面図、図２は縦
断面図である。
する。図１及び図２は本発明によるイオンビーム発生装
置の構成例をそれぞれ示し、図１は横断面図、図２は縦
断面図である。
【００２０】図１及び図２において、１１は並設される
２台のプラズマ源で、これらプラズマ減１１は高電圧絶
縁管１２の開口端を閉塞するように設けられたイオン源
取付フランジ１３にベローズ１４を介してそれぞれ取付
られる。この場合、２台のプラズマ源１１は大気側に設
置された碍子１５により支持され、また高電圧絶縁管１
２のイオン源取付面は真空境界を兼ねている。
２台のプラズマ源で、これらプラズマ減１１は高電圧絶
縁管１２の開口端を閉塞するように設けられたイオン源
取付フランジ１３にベローズ１４を介してそれぞれ取付
られる。この場合、２台のプラズマ源１１は大気側に設
置された碍子１５により支持され、また高電圧絶縁管１
２のイオン源取付面は真空境界を兼ねている。
【００２１】また、高電圧絶縁管１２内のプラズマ源１
１に複数の電極支持フランジ１６，１７，１８，１９，
２０がそれぞれの間に設けられた絶縁スペーサ２１によ
り支持されて取付けられ、さらにこれら電極支持フラン
ジ１６，１７，１８，１９，２０には図４に示すように
多数のビーム引き出し孔を有する電極２２，２３，２
４，２５，２６がそれぞれ支持され、プラズマ源１１か
らのイオンビームを加速するイオン加速部を構成してい
る。
１に複数の電極支持フランジ１６，１７，１８，１９，
２０がそれぞれの間に設けられた絶縁スペーサ２１によ
り支持されて取付けられ、さらにこれら電極支持フラン
ジ１６，１７，１８，１９，２０には図４に示すように
多数のビーム引き出し孔を有する電極２２，２３，２
４，２５，２６がそれぞれ支持され、プラズマ源１１か
らのイオンビームを加速するイオン加速部を構成してい
る。
【００２２】このような構成のイオンビーム発生装置と
すれば、２台のイオン源を高電圧絶縁管１２の真空境界
面に取付けているので、１つのイオン源の電極部をユニ
ット化できる。また、イオン源の自重を碍子１５で支え
るようにしているので、高電圧絶縁管１２にかかる重力
を軽減でき、絶縁管の軽量化を図ることができる。
すれば、２台のイオン源を高電圧絶縁管１２の真空境界
面に取付けているので、１つのイオン源の電極部をユニ
ット化できる。また、イオン源の自重を碍子１５で支え
るようにしているので、高電圧絶縁管１２にかかる重力
を軽減でき、絶縁管の軽量化を図ることができる。
【００２３】次に本発明によるイオンビーム発生装置の
適用実施例について述べる。核融合装置の大形化に伴
い、より高エネルギーのイオンビーム発生装置が必要と
されている。例えば、５００ｋｅＶ以上のビームエネル
ギーを必要としている核融合装置では、高エネルギー領
域で中性粒子ビームの生成効率が高い負イオン源の使用
が考えられている。負イオン源は開発途上であり、数々
の課題が残されている。その１つは以下のようなもので
ある。負イオンビームは中性化の反応断面積が大きいた
め、電極間の残留ガスと衝突すると加速途中で容易に電
子が剥離して負イオンが損失する。この割合は無視でき
るものではない。これを防ぐには電極間に存在する残留
ガスの密度を極力低減すればよい。
適用実施例について述べる。核融合装置の大形化に伴
い、より高エネルギーのイオンビーム発生装置が必要と
されている。例えば、５００ｋｅＶ以上のビームエネル
ギーを必要としている核融合装置では、高エネルギー領
域で中性粒子ビームの生成効率が高い負イオン源の使用
が考えられている。負イオン源は開発途上であり、数々
の課題が残されている。その１つは以下のようなもので
ある。負イオンビームは中性化の反応断面積が大きいた
め、電極間の残留ガスと衝突すると加速途中で容易に電
子が剥離して負イオンが損失する。この割合は無視でき
るものではない。これを防ぐには電極間に存在する残留
ガスの密度を極力低減すればよい。
【００２４】本発明によるイオンビーム発生装置では図
１及び図２に示す絶縁スペーサが真空境界を持たず、ま
たイオン加速部が真空容器中に設置されることから電極
間のガス抜け効率が高く、加速途中での負イオンの電子
剥離損失を低減することが可能である。
１及び図２に示す絶縁スペーサが真空境界を持たず、ま
たイオン加速部が真空容器中に設置されることから電極
間のガス抜け効率が高く、加速途中での負イオンの電子
剥離損失を低減することが可能である。
【００２５】一方、核融合装置のビーム入射要求によっ
ては各々のイオン源から異なるエネルギーのビームを発
生することが必要となることがある。そのためには２台
またはそれ以上のイオン源を絶縁しなければならない
が、２台のイオン源の絶縁距離は大気中に設置されるプ
ラズマ源により限定される。そこで、真空境界を兼ねる
イオン源取付けフランジを絶縁物で構成し、２台のイオ
ン源の高電位部を絶縁することにより各々異なるエネル
ギーのビームを生成することが可能となる。これによ
り、本発明の効果はさらに大きくなる。
ては各々のイオン源から異なるエネルギーのビームを発
生することが必要となることがある。そのためには２台
またはそれ以上のイオン源を絶縁しなければならない
が、２台のイオン源の絶縁距離は大気中に設置されるプ
ラズマ源により限定される。そこで、真空境界を兼ねる
イオン源取付けフランジを絶縁物で構成し、２台のイオ
ン源の高電位部を絶縁することにより各々異なるエネル
ギーのビームを生成することが可能となる。これによ
り、本発明の効果はさらに大きくなる。
【００２６】なお、上記実施例では２台のイオン源を絶
縁管の真空境界面に配置する場合について述べたが、必
要に応じて３台以上のイオン源を絶縁管の真空境界面に
配置するようにしてもよい。
縁管の真空境界面に配置する場合について述べたが、必
要に応じて３台以上のイオン源を絶縁管の真空境界面に
配置するようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、大電
流、高エネルギーイオン源の必要性からイオン源が大形
化してもイオン源の自重を支持碍子により支えるため絶
縁管にかかる重力を軽減できる。これにより絶縁管は、
真空境界と必要絶縁距離から決定される外形寸法、肉厚
を確保すればよく、従来構造に比べて肉厚、軽量化が図
られ、安価に製作できる。
流、高エネルギーイオン源の必要性からイオン源が大形
化してもイオン源の自重を支持碍子により支えるため絶
縁管にかかる重力を軽減できる。これにより絶縁管は、
真空境界と必要絶縁距離から決定される外形寸法、肉厚
を確保すればよく、従来構造に比べて肉厚、軽量化が図
られ、安価に製作できる。
【図１】本発明によるイオンビーム発生装置の一実施例
を示す横断面図。
を示す横断面図。
【図２】同実施例を示す縦断面図。
【図３】従来のイオンビーム発生装置の構成を示す断面
図。
図。
【図４】同じくイオン加速部のビーム引き出し電極を示
す部分平面図。
す部分平面図。
１１……プラズマ源、１２……高電圧絶縁管、１３……
イオン源取付フランジ、１４……ベローズ、１５……碍
子、１６〜２０……電極支持フランジ、２１……絶縁ス
ペーサ、２２〜２６……電極。
イオン源取付フランジ、１４……ベローズ、１５……碍
子、１６〜２０……電極支持フランジ、２１……絶縁ス
ペーサ、２２〜２６……電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 靖生 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東芝システムテクノロジー株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−159937（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−329249（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−89449（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭38−22298（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/08 H01J 27/02 G21B 1/00 G21K 1/00
Claims (3)
- 【請求項１】 プラズマ源と、このプラズマ源で生成さ
れるソースプラズマから複数段の電極間に印加された電
圧によりイオンを引き出して加速するイオン加速部とか
らなるイオン源を備えたイオンビーム発生装置におい
て、イオン源取付フランジを有し、イオン引出し方向が水平
方向となるように前記イオン源を複数台並設する絶縁管
と、 前記プラズマ源に接続されることにより前記イオン源の
自重を支持する碍子とを、 具備する ことを特徴とするイオンビーム発生装置。 - 【請求項２】 前記イオン源取付フランジと前記イオン
源とはベローズを介して接続されてなることを特徴とす
る請求項１記載のイオンビーム発生装置。 - 【請求項３】 前記絶縁管は、前記イオン源の高電位部
のフランジと絶縁接続されてなることを特徴とする請求
項１記載のイオンビーム発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31570093A JP3350186B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | イオンビーム発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31570093A JP3350186B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | イオンビーム発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169426A JPH07169426A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3350186B2 true JP3350186B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=18068502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31570093A Expired - Fee Related JP3350186B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | イオンビーム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350186B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008009889A1 (en) | 2006-07-20 | 2008-01-24 | Aviza Technology Limited | Ion deposition apparatus |
| US8354652B2 (en) | 2006-07-20 | 2013-01-15 | Aviza Technology Limited | Ion source including separate support systems for accelerator grids |
| EP2044610B1 (en) | 2006-07-20 | 2012-11-28 | SPP Process Technology Systems UK Limited | Plasma sources |
| JP6712461B2 (ja) * | 2015-11-27 | 2020-06-24 | 住友重機械工業株式会社 | 粒子加速システム及び粒子加速システムの調整方法 |
| CN110169208B (zh) * | 2017-01-25 | 2022-09-06 | 住友重机械工业株式会社 | 粒子加速系统及粒子加速系统的调整方法 |
| CN107318213B (zh) * | 2017-07-06 | 2019-05-31 | 复旦大学 | 高电荷态离子的实验装置 |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP31570093A patent/JP3350186B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07169426A (ja) | 1995-07-04 |
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