JP3524277B2 - Neutral particle injector - Google Patents

Neutral particle injector

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JP3524277B2
JP3524277B2 JP20847096A JP20847096A JP3524277B2 JP 3524277 B2 JP3524277 B2 JP 3524277B2 JP 20847096 A JP20847096 A JP 20847096A JP 20847096 A JP20847096 A JP 20847096A JP 3524277 B2 JP3524277 B2 JP 3524277B2
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    • G21B1/15Particle injectors for producing thermonuclear fusion reactions, e.g. pellet injectors
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce thermal load injected in a beam damp and reduce the size of the beam damp. SOLUTION: This device has a neutralizing cell 4 converting ion beam 2 emitted from an ion source 1 to neutral particles, a biasing magnet 11 biasing the orbit of the ion beam 2 remaining after passing the neutralizing cell 4 and beam dumps 13a, 13b, 14a and 14b eliminating the remaining ion biased by the magnetic field of the bias magnet 11 as heat. Between the magnetic poles of the bias magnet 11, the beam dumps 13a and 13b are arranged so that the ion beam 2 goes into the beam dumps 13a and 13b before completely reflected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は核融合装置の加熱機
器である中性粒子入射装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neutral particle injector which is a heating device for a nuclear fusion device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来の中性粒子入射装置の構成を
示す断面図である。図5に示すように、イオン源1から
引き出されたイオンビーム2は、真空容器3を経て中性
化セル4を通過することにより中性化される。この中性
化セル4により中性化された中性粒子のみが真空容器5
を経てドリフト管6を通り核融合装置本体7のプラズマ
8に入射される。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a conventional neutral particle injector. As shown in FIG. 5, the ion beam 2 extracted from the ion source 1 is neutralized by passing through a vacuum container 3 and a neutralization cell 4. Only the neutral particles neutralized by the neutralization cell 4 are contained in the vacuum container 5.
Through the drift tube 6 and is incident on the plasma 8 of the nuclear fusion device body 7.

【0003】また、真空容器3内には真空排気するため
クライオポンプ9が設置されている一方、真空容器5
内にはカロリーメーター10と、イオンビーム2の進路
を偏向させる偏向磁石11と、この偏向磁石11により
偏向した残留イオンを熱として除去するビームダンプ1
2,12とが設置されている。
Further, in order to evacuate the inside of the vacuum container 3,
While the cryopump 9 is installed, the vacuum container 5
A calorimeter 10 therein, a deflection magnet 11 for deflecting the path of the ion beam 2, and a beam dump 1 for removing residual ions deflected by the deflection magnet 11 as heat.
2 and 12 are installed.

【0004】そして、イオンビーム2が中性化セル4を
通過して中性粒子ビームに変換される際、一部はイオン
のまま残留する。この残留イオンは、真空容器5内に設
置された偏向磁石11の磁場によりイオン軌道が曲げら
れ、ビームダンプ12,12に熱負荷として入射し、取
り除かれる。
When the ion beam 2 passes through the neutralization cell 4 and is converted into a neutral particle beam, some of the ions remain as ions. The residual ions have their ion trajectories bent by the magnetic field of the deflection magnet 11 installed in the vacuum container 5, and enter the beam dumps 12 and 12 as a heat load to be removed.

【0005】ここで、イオンビームの偏向方法について
述べる。イオンビームの偏向方法は透過型と反射型とに
分けられ、図6には従来の透過型でのイオンビームの軌
道とビームダンプの構成を、図7には従来の反射型での
イオンビームの軌道とビームダンプの構成をそれぞれ示
す。但し、図6および図7においては、負イオンビーム
の軌道のみを示しており、正イオンについてはビーム軸
に対し上下対称となるので図示していない。
Now, a method of deflecting the ion beam will be described. The ion beam deflection method is divided into a transmissive type and a reflective type. FIG. 6 shows a conventional transmissive type ion beam trajectory and beam dump configuration, and FIG. 7 shows a conventional reflective type ion beam. The orbit and beam dump configurations are shown respectively. However, in FIGS. 6 and 7, only the trajectory of the negative ion beam is shown, and the positive ions are not shown because they are vertically symmetrical with respect to the beam axis.

【0006】透過型の場合、図6に示すようにイオンビ
ーム2は偏向磁石11により軌道が曲げられ、ビームダ
ンプ12,12に入射する。この透過型のビームダンプ
12,12はビームを受けるためビーム軸に対し、ほぼ
平行な位置に配置されている。
In the case of the transmission type, as shown in FIG. 6, the trajectory of the ion beam 2 is bent by the deflection magnet 11 and is incident on the beam dumps 12, 12. The transmissive beam dumps 12, 12 are arranged at positions substantially parallel to the beam axis for receiving the beam.

【0007】また反射型の場合、図7に示すようにイオ
ンビーム2は、偏向磁石11によりビーム軌道が180
°偏向されるため、ビームダンプ12,12はビーム軸
に対し垂直な位置に配置されている。
In the case of the reflection type, as shown in FIG. 7, the ion trajectory of the ion beam 2 is 180 due to the deflection magnet 11.
The beam dumps 12 and 12 are arranged at a position perpendicular to the beam axis because they are deflected.

【0008】上記ビームダンプ12,12は、イオンビ
ーム入射領域に冷却管を並べて設置され、入射する熱負
荷の値により直管を用いる場合と、冷却管内にねじりテ
ープを挿入させ、除熱能力を高めたスワール管を用いる
場合とがある。
The beam dumps 12 and 12 are installed with cooling pipes arranged side by side in the ion beam incident area. When a straight pipe is used depending on the value of the incident heat load, a twisting tape is inserted in the cooling pipe to remove heat. In some cases, an elevated swirl tube is used.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の中性粒子入射装置において、ビームダンプ1
2,12の構造は、入射するイオンビーム2の熱負荷と
それを受けるビームダンプ12,12の配置が問題とな
る。上述したビームの各偏向方法に対してそれぞれの問
題点を説明する。
However, in the conventional neutral particle injector described above, the beam dump 1
The structure of Nos. 2 and 12 has a problem in the thermal load of the incident ion beam 2 and the arrangement of the beam dumps 12 and 12 that receive it. Each problem will be described for each beam deflection method described above.

【0010】透過型の偏向方法の場合、図6に示すよう
に中性化セル4を通過したイオンビーム2は、偏向磁石
11を通過した後、偏向磁石11の磁場によりビームが
収束されるため、ビームダンプ12,12に入射する際
の単位面積当たりの熱負荷が高くなる。この熱負荷を軽
減するためには、偏向磁石11の磁場の強さを下げ、ビ
ームダンプ12,12に入射するイオンビーム2の入射
角度を浅くする必要がある。
In the case of the transmission type deflection method, the ion beam 2 which has passed through the neutralization cell 4 as shown in FIG. 6 passes through the deflection magnet 11 and is thereafter converged by the magnetic field of the deflection magnet 11. The heat load per unit area when entering the beam dumps 12, 12 becomes high. In order to reduce this heat load, it is necessary to reduce the strength of the magnetic field of the deflection magnet 11 and make the incident angle of the ion beam 2 incident on the beam dumps 12, 12 shallow.

【0011】この場合には、ビーム領域がビーム軸方向
に拡がるため、ビームダンプ12,12の長さを長くし
なくてはならない。また、長いビームダンプ12,12
を設置するため、真空容器5も大型化しなくてはならな
い。さらに、ビームダンプ12,12が長くなると、冷
却水を流す際の圧力損失が増加し、装置全体のポンプ容
量が増加する問題点がある。そして、ビームダンプ1
2,12の長さが長くなることにより、ビーム入射時の
温度上昇により発生する熱変形が大きくなる問題点もあ
る。
In this case, since the beam area expands in the beam axis direction, the length of the beam dumps 12, 12 must be increased. Also, long beam dumps 12, 12
Therefore, the vacuum container 5 must be enlarged. Further, if the beam dumps 12 and 12 become long, there is a problem that the pressure loss when flowing the cooling water increases and the pump capacity of the entire apparatus increases. And beam dump 1
There is also a problem that the thermal deformation caused by the temperature rise at the time of beam incidence becomes large because the lengths of 2 and 12 become long.

【0012】反射型の偏向方法の場合、図7に示すよう
にイオンビーム2は、偏向磁石11の磁場領域内で収束
し、その後再度発散し、入射する際のビーム分布にほぼ
近い形態でビームダンプ12,12に入射する。したが
って、熱負荷は低く抑えられるものの、イオンビーム2
を180°偏向させるための磁場領域が必要となり、そ
れに伴い偏向磁石11およびビームダンプ12,12が
大型化してしまう問題点がある。
In the case of the reflection type deflection method, as shown in FIG. 7, the ion beam 2 is converged in the magnetic field region of the deflection magnet 11 and then diverged again so that the beam has a shape close to the beam distribution at the time of incidence. It is incident on the dumps 12, 12. Therefore, although the heat load can be kept low, the ion beam 2
Requires a magnetic field region for deflecting the beam by 180 °, which causes a problem that the deflection magnet 11 and the beam dumps 12 and 12 are increased in size.

【0013】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ビームダンプに入射される熱負荷を軽減しつ
つ、ビームダンプの小型化を図った中性粒子入射装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a neutral particle injector in which the beam dump is downsized while reducing the heat load incident on the beam dump. And

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項1は、イオンビームを生成する
イオン源と、このイオン源から出射されたイオンビーム
を中性粒子に変換する中性化セルと、この中性化セル通
過後に残留したイオンビームの軌道を偏向させる偏向磁
石と、この偏向磁石の磁場により偏向した残留イオンを
熱として除去するビームダンプとを有する中性粒子入射
装置において、前記ビームダンプは前記偏向磁石の磁極
間に前記イオンビームのビーム軸とほぼ平行に配置され
た水平ビームダンプと、前記偏向磁石外で前記イオンビ
ームのビーム軸と垂直に配置された垂直ビームダンプと
から構成されるとともに、完全反射する前の前記イオン
ビームは前記水平ビームダンプに入射され、完全反射し
た前記イオンビームは前記垂直ビームダンプに入射され
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is to provide an ion source for producing an ion beam, and an ion beam emitted from the ion source to neutral particles. Neutral particles having a neutralizing cell, a deflecting magnet for deflecting the trajectory of the ion beam remaining after passing through the neutralizing cell, and a beam dump for removing residual ions deflected by the magnetic field of the deflecting magnet as heat. In the injector, the beam dump is arranged between the magnetic poles of the deflection magnet substantially parallel to the beam axis of the ion beam.
Horizontal beam dump and the ion beam outside the deflection magnet.
Vertical beam dumps arranged perpendicular to the beam axis of the
The ion before being completely reflected while being composed of
The beam is incident on the horizontal beam dump and is totally reflected.
The ion beam is incident on the vertical beam dump.
Characterized in that that.

【0015】[0015]

【0016】請求項2は、ビームダンプはイオンビーム
による高熱負荷部分にスワール管を、低熱負荷部分に直
管をそれぞれ設けた冷却管構造としたことを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, the beam dump has a cooling tube structure in which a swirl tube is provided in a high heat load portion by an ion beam and a straight tube is provided in a low heat load portion.

【0017】請求項3は、低熱負荷部分に設けた冷却管
を2重管構造としたことを特徴とする。
A third aspect of the present invention is characterized in that the cooling pipe provided in the low heat load portion has a double pipe structure.

【0018】請求項4は、高熱負荷を受けるビームダン
プに流す冷却水と、低熱負荷を受けるビームダンプの冷
却水をシリーズで流す構造としたことを特徴とする。
[0018] Claim 4 is characterized with cooling water flowing in the beam dump receiving the high heat load, that the cooling water of the beam dump receiving the low thermal load has a structure to flow in series.

【0019】請求項5は、ビームダンプはその冷却管内
面に防食コーティングを施したことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, the beam dump is characterized in that an anticorrosion coating is applied to the inner surface of the cooling pipe.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1は本発明に係る中性粒子入射装置の第
1実施形態を示す断面図である。なお、従来の構成と同
一の部分には、図5と同一の符号を付して説明する。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a neutral particle injector according to the present invention. The same parts as those of the conventional configuration will be described with the same reference numerals as those in FIG.

【0022】図1に示すように、中性粒子入射装置は、
イオンビーム2を生成するイオン源1と、このイオン源
1から出射されたイオンビーム2を中性粒子に変換する
中性化セル4と、この中性化セル4の通過後に残留した
イオンを取り除くためにイオンビーム2の軌道を偏向さ
せる偏向磁石11と、この偏向磁石11により偏向した
残留イオンを熱として除去する水平ビームダンプ13
a,13bおよび垂直ビームダンプ14a,14bと、
前記中性粒子が核融合装置本体7のプラズマ8に入射す
るまでに通過するドリフト管6とを有している。
As shown in FIG. 1, the neutral particle injector is
An ion source 1 for generating an ion beam 2, a neutralization cell 4 for converting the ion beam 2 emitted from the ion source 1 into neutral particles, and ions remaining after passing through the neutralization cell 4 are removed. A deflection magnet 11 for deflecting the trajectory of the ion beam 2 and a horizontal beam dump 13 for removing the residual ions deflected by the deflection magnet 11 as heat.
a, 13b and vertical beam dumps 14a, 14b,
It has a drift tube 6 through which the neutral particles pass before they enter the plasma 8 of the nuclear fusion device body 7.

【0023】また、真空容器3内には、真空排気するた
めのクライオポンプ9が設置され、偏向磁石11および
水平ビームダンプ13a,13b、垂直ビームダンプ1
4a,14bが真空容器5内に設置されている。
The vacuum container 3 is evacuated .
A cryopump 9 is installed, and the deflection magnet 11 and the horizontal beam dumps 13a and 13b and the vertical beam dump 1 are installed.
4a and 14b are installed in the vacuum container 5.

【0024】ここで、13aは負イオン用水平ビームダ
ンプを、13bは正イオン用水平ビームダンプを、14
aは負イオン用垂直ビームダンプを、14bは正イオン
用垂直ビームダンプをそれぞれ示している。そして、水
平ビームダンプ13a,13bは偏向磁石11の磁極ギ
ャップ内に設置されており、垂直ビームダンプ14a,
14bは偏向磁石11の中性化セル4側に設置されてい
る。
Here, 13a is a horizontal beam dump for negative ions, 13b is a horizontal beam dump for positive ions, and 14 is a horizontal beam dump for positive ions.
“A” indicates a vertical beam dump for negative ions, and “14b” indicates a vertical beam dump for positive ions. The horizontal beam dumps 13a, 13b are installed in the magnetic pole gap of the deflection magnet 11, and the vertical beam dumps 14a,
14b is installed on the side of the neutralization cell 4 of the deflection magnet 11.

【0025】次に、本実施形態の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0026】イオン源1から引き出されたイオンビーム
2は、中性化セル4を通して中性粒子に変換される。但
し、その一部はイオンのまま残留し、図1では残留した
イオンビーム2のみを示している。そして、変換された
中性粒子は、核融合装置7のプラズマ8に入射する際、
中性化セル4を通過後、残留したイオンビーム2が偏向
磁石11の作る磁場により軌道を曲げられる。この曲げ
られたイオンはその後水平ビームダンプ13a,13
b、垂直ビームダンプ14a,14bに入射し熱として
除去される。
The ion beam 2 extracted from the ion source 1 is converted into neutral particles through a neutralization cell 4. However, some of them remain as ions, and FIG. 1 shows only the remaining ion beam 2. When the converted neutral particles enter the plasma 8 of the fusion device 7,
After passing through the neutralization cell 4, the trajectory of the remaining ion beam 2 is bent by the magnetic field generated by the deflection magnet 11. This bent ion is then transferred to the horizontal beam dumps 13a, 13
b, incident on the vertical beam dumps 14a, 14b and removed as heat.

【0027】また、偏向されたイオンビーム2は、約9
0°偏向したところで、偏向磁石11の磁極間にビーム
軌道と水平に設置された水平ビームダンプ13aに入射
する。偏向磁石11間に水平ビームダンプ13a,13
bを設置することで、イオンビーム2が中性化セル4を
出た時点での拡がりよりも多少狭い分布の時点で水平ビ
ームダンプ13aに入射するため、偏向磁石11の高さ
方向寸法を反射型よりも短くすることができる。
The deflected ion beam 2 is about 9
After being deflected by 0 °, it is incident on a horizontal beam dump 13a installed horizontally between the magnetic poles of the deflection magnet 11 and the beam orbit. Horizontal beam dumps 13a, 13 are provided between the deflection magnets 11.
By installing b, the ion beam 2 is incident on the horizontal beam dump 13a at a distribution point that is slightly narrower than the expansion at the time of leaving the neutralization cell 4, so that the dimension of the deflection magnet 11 in the height direction is reflected. It can be shorter than the mold.

【0028】但し、水平ビームダンプ13aだけでは偏
向したイオンビーム2の全てを受けることはできない。
そこで、受けきれなかったイオンビーム2を受けるため
イオンビーム2をさらに偏向させ、磁石領域を通過した
部分にビーム軸と垂直方向に垂直ビームダンプ14aが
配置されている。この垂直ビームダンプ14aは先に水
平ビームダンプ13aに入射しきれなかったイオンビー
ム2のみを受けるため、完全反射型の場合のビームダン
プ長より短い領域をカバーすればよい。
However, the deflected ion beam 2 cannot be entirely received by the horizontal beam dump 13a alone.
Therefore, in order to receive the ion beam 2 that could not be received, the ion beam 2 is further deflected, and a vertical beam dump 14a is arranged in a portion passing through the magnet area in a direction perpendicular to the beam axis. Since the vertical beam dump 14a receives only the ion beam 2 that has not been incident on the horizontal beam dump 13a first, it suffices to cover an area shorter than the beam dump length in the case of the perfect reflection type.

【0029】ところで、イオンビームには電荷により正
負2種類のイオンが存在する。図1には1種類のイオン
ビーム軌道のみを示していないが、他の一種類のイオン
ビームは電荷が正負逆になるので、偏向方法が逆にな
る。したがって、上述した水平イオンビームダンプ13
bと垂直イオンビームダンプ14bがビーム軸を対称軸
とした位置に同様に配置されている。
By the way, there are two kinds of positive and negative ions in the ion beam due to electric charges. Although FIG. 1 does not show only one type of ion beam trajectory, the deflection method is reversed because the charges of the other type of ion beam are opposite to each other. Therefore, the horizontal ion beam dump 13 described above is used.
b and the vertical ion beam dump 14b are similarly arranged at positions with the beam axis as the axis of symmetry.

【0030】したがって、偏向磁石11のギャップ内に
は、正イオン用水平ビームダンプ13bと負イオン用水
平ビームダンプ13aが設置され、さらに偏向磁石11
の中性化セル4側に正イオン用垂直ビームダンプ14b
と、負イオン用垂直ビームダンプ14aが設置されてい
る。
Therefore, the horizontal beam dump 13b for positive ions and the horizontal beam dump 13a for negative ions are installed in the gap of the deflection magnet 11, and the deflection magnet 11 is further provided.
Vertical beam dump 14b for positive ions on the side of the neutralization cell 4
And a vertical beam dump 14a for negative ions is installed.

【0031】このように本実施形態によれば、偏向磁石
11の磁極間に水平ビームダンプ13a,13bを設置
し、イオンビーム2が完全反射する以前に水平ビームダ
ンプ13aに入射させることで、イオンビーム2を収束
させることなく、水平ビームダンプ13aで除熱するこ
とができる。また、完全な反射型とするよりも偏向磁石
11の小型化が図れ、真空容器5もコンパクト化するこ
とができる。
As described above, according to the present embodiment, the horizontal beam dumps 13a and 13b are installed between the magnetic poles of the deflection magnet 11, and the ion beam 2 is made incident on the horizontal beam dump 13a before being completely reflected. The heat can be removed by the horizontal beam dump 13a without converging the beam 2. Further, the deflection magnet 11 can be downsized as compared with the perfect reflection type, and the vacuum container 5 can also be downsized.

【0032】また、偏向磁石11間にはビーム軸と水平
に水平ビームダンプ13a,13bを設置するととも
に、ビーム軸と垂直に垂直ビームダンプ14a,14b
を設置することにより、ビームダンプの1本当たりの長
さを短くすることができる。これにより、ビームダンプ
内に流通する冷却水の圧損を軽減することができ、ビー
ム入射による熱変形も抑えることができる。
Further, horizontal beam dumps 13a and 13b are installed between the deflection magnets 11 so as to be horizontal to the beam axis, and vertical beam dumps 14a and 14b are perpendicular to the beam axis.
By installing, the length of each beam dump can be shortened. Thereby, the pressure loss of the cooling water flowing in the beam dump can be reduced, and the thermal deformation due to the beam incidence can be suppressed.

【0033】さらに、ビームダンプを水平ビームダンプ
13a,13bと垂直ビームダンプ14a,14bに2
分割構造とすることにより、ユニット化することがで
き、組立時の1ユニットの重量を軽減することができ
る。これにより、組立、分解時の作業効率を高めること
が可能となる。
Further, two beam dumps are provided for the horizontal beam dumps 13a and 13b and the vertical beam dumps 14a and 14b.
By adopting a divided structure, it is possible to form a unit and reduce the weight of one unit during assembly. This makes it possible to improve work efficiency during assembly and disassembly.

【0034】すなわち、ビームダンプを分割することに
より、それぞれのビーム入射による熱負荷に違いがあっ
た場合、各熱負荷に合致した冷却構造を採用することが
可能となる。また、組立および分解の際には、偏向磁石
11、垂直ビームダンプ14a,14b、水平ビームダ
ンプ13a,13bがそれぞれユニットとなるため、1
ユニットの重量・形状がコンパクト化される。
That is, by dividing the beam dump, when there is a difference in heat load due to the incidence of each beam, it is possible to employ a cooling structure that matches each heat load. In addition, when assembling and disassembling, the deflection magnet 11, the vertical beam dumps 14a and 14b, and the horizontal beam dumps 13a and 13b each become a unit.
The weight and shape of the unit are made compact.

【0035】図2(A),(B)は本発明に係る中性粒
子入射装置の第2実施形態におけるビームダンプの冷却
管を示す斜視図である。なお、前記第1実施形態と対応
する部分には同一の符号を付して説明する。この第2実
施形態では偏向磁石およびビームダンプの構成が前記第
1実施形態と同様である。
2 (A) and 2 (B) are perspective views showing the cooling pipe of the beam dump in the second embodiment of the neutral particle injector according to the present invention. The portions corresponding to those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In the second embodiment, the configurations of the deflection magnet and the beam dump are the same as those in the first embodiment.

【0036】ところで、中性化セル4を通過したイオン
ビーム2は、分布を有しているのでビーム領域内で均一
な熱負荷にはならない。そのため、水平ビームダンプ1
3a,13bと垂直ビームダンプ14a,14bでは入
射する熱負荷が異なる。この熱負荷値の違いが大きい場
合、高熱負荷を受けるビームダンプは、図2(A)に示
すように冷却管内部にねじりテープ15を挿入し、冷却
能力を高めたスワール管16を使用する。
By the way, since the ion beam 2 which has passed through the neutralization cell 4 has a distribution, it does not have a uniform heat load in the beam region. Therefore, horizontal beam dump 1
The incident thermal loads are different between the vertical beam dumps 14a and 14b and the vertical beam dumps 14a and 14b. When the difference in the heat load value is large, the beam dump subjected to the high heat load uses the swirl tube 16 having the cooling capacity enhanced by inserting the twisting tape 15 inside the cooling tube as shown in FIG. 2 (A).

【0037】このスワール管16は直管に比べ、除熱能
力は非常に高いものの、冷却水を流した際の圧力損失が
大きい。そのため、図1に示すように水平ビームダンプ
13a,13bと垂直ビームダンプ14a,14bに分
割することで、1本当たりの長さを短縮でき、各冷却ユ
ニットでの圧力損失を軽減させることができる。
The swirl pipe 16 has a much higher heat removal capacity than a straight pipe, but has a large pressure loss when flowing cooling water. Therefore, as shown in FIG. 1, by splitting into horizontal beam dumps 13a and 13b and vertical beam dumps 14a and 14b, the length per one can be shortened and the pressure loss in each cooling unit can be reduced. .

【0038】また、水平ビームダンプ13a,13bと
垂直ビームダンプ14a,14bでの熱負荷の違いが大
きい場合、高熱負荷を受けるビームダンプにはスワール
管16を使用し、入射熱負荷の低いビームダンプには図
2(B)に示すような直管17を使用する。このように
ユニット毎に冷却構造を変えることで、冷却水量,冷却
水圧力に対して最適化を図ることができる。
When the difference in heat load between the horizontal beam dumps 13a and 13b and the vertical beam dumps 14a and 14b is large, a swirl tube 16 is used for the beam dump that receives a high heat load, and a beam dump with a low incident heat load is used. For this, a straight pipe 17 as shown in FIG. 2 (B) is used. By changing the cooling structure for each unit in this manner, it is possible to optimize the cooling water amount and the cooling water pressure.

【0039】このように本実施形態によれば、高熱負荷
部分にはスワール管16を、低熱負荷部分には直管17
を用いたビームダンプ構成とすることにより、入射する
熱負荷に合致した冷却構成が可能となり、ロスが削減さ
れ冷却構造の最適化を図ることが可能となる。
As described above, according to this embodiment, the swirl pipe 16 is provided in the high heat load portion and the straight pipe 17 is provided in the low heat load portion.
By adopting the beam dump configuration using, it is possible to achieve a cooling configuration that matches the incident heat load, reduce losses, and optimize the cooling structure.

【0040】また、分割したビームダンプの冷却水を高
熱負荷部分から低熱負荷部分にシリーズで流す構造とす
ることで、冷却能力を確保しつつ、必要な冷却水流量を
減少でき、冷却構造のコンパクト化を図ることができ
る。
Further, the cooling water of the divided beam dump is made to flow in series from the high heat load portion to the low heat load portion, so that the required cooling water flow rate can be reduced while securing the cooling capacity, and the cooling structure is compact. Can be realized.

【0041】図3(A),(B)は本発明に係る中性粒
子入射装置の第3実施形態におけるビームダンプを示す
斜視図,その冷却管を示す断面図である。
FIGS. 3 (A) and 3 (B) are a perspective view showing a beam dump in a third embodiment of the neutral particle injector according to the present invention and a sectional view showing its cooling pipe.

【0042】この実施形態では、低温熱負荷用のビーム
ダンプとして2重管を用いており、図3(A),(B)
に示す2重管ビームダンプ18を偏向磁石11間に設置
し、この偏向磁石11の外側にヘッダー19を設置す
る。
In this embodiment, a double tube is used as a beam dump for low-temperature heat load, as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B).
The double tube beam dump 18 shown in FIG. 2 is installed between the deflection magnets 11, and the header 19 is installed outside the deflection magnets 11.

【0043】このように本実施形態によれば、低熱負荷
部分に2重管ビームダンプ18を用いたことにより、冷
却水用のヘッダーが冷却管の片側のみに必要となり、全
体としてコンパクトな構成となり、真空容器5内の冷却
配管構成を簡素化することができる。また、熱伸びに対
する拘束が片側のみとなるため、熱変形による応力が軽
減される。
As described above, according to this embodiment, since the double pipe beam dump 18 is used in the low heat load portion, the header for cooling water is required only on one side of the cooling pipe, and the overall structure is compact. It is possible to simplify the cooling pipe configuration in the vacuum container 5. Further, since the restraint against the thermal elongation is limited to one side, the stress due to the thermal deformation is reduced.

【0044】図4は本発明に係る中性粒子入射装置の第
4実施形態におけるビームダンプの冷却管を示す断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view showing a cooling pipe of a beam dump in a fourth embodiment of the neutral particle injector according to the present invention.

【0045】この実施形態では、冷却管20の材料に銅
を使用した場合、冷却管20の内面にチタン(Ti)な
どの防食性の薄膜21がコーティングされている。この
薄膜21を形成したことにより、冷却水が流れる間に冷
却管20の内壁面の侵食を防ぐことができる。ビームダ
ンプの寿命は繰り返しの熱応力の他に、上述の冷却管内
の侵食により決定される。したがって、冷却管20内に
チタン(Ti)の薄膜21をコーティングすることによ
り、ビームダンプの交換期間を延長することができ、メ
ンテナンスの期間を長期化することができる。
In this embodiment, when copper is used as the material of the cooling pipe 20, the inner surface of the cooling pipe 20 is coated with a corrosion-resistant thin film 21 such as titanium (Ti). By forming the thin film 21, it is possible to prevent erosion of the inner wall surface of the cooling pipe 20 while the cooling water flows. The lifetime of the beam dump is determined not only by repeated thermal stress but also by the above-mentioned erosion in the cooling pipe. Therefore, by coating the cooling pipe 20 with the thin film 21 of titanium (Ti), the replacement period of the beam dump can be extended and the maintenance period can be extended.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
によれば、偏向磁石の磁極間にビームダンプを配置する
とともに、イオンビームが完全反射する前にビームダン
プに入射させたことにより、イオンビームを収束させる
ことなく、ビームダンプへの熱負荷を軽減しつつ除熱す
ることができる。また、完全な反射型とするよりも、偏
向磁石およびビームダンプを小型化することができ、真
空容器もコンパクト化できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention.
According to the above, the beam dump is arranged between the magnetic poles of the deflection magnet, and the ion beam is made incident on the beam dump before being completely reflected, so that the heat load on the beam dump is reduced without converging the ion beam. It is possible to remove heat. Further, the deflection magnet and the beam dump can be downsized, and the vacuum container can also be downsized, as compared with the case of the complete reflection type.

【0047】また、本発明に係る中性粒子入射装置は、
ビーム軸とほぼ平行に偏向磁石の磁極間に設置された水
平ビームダンプと、偏向磁石外でイオンビームのビーム
軸と垂直に配置された垂直ビームダンプとを備えている
ので、完全反射前のイオンビームを水平ビームダンプに
入射させ、完全反射後のイオンビームを垂直ビームダン
プに入射させることができる。したがって、請求項1で
は、イオンビームを収束させることなく、ビームダンプ
当りの熱負荷を軽減させつつ除熱をすることができる。
また、ビームダンプを分割構造とすることで、ユニット
化することができ、組立時の1ユニットの重量を軽減で
きる。これにより、組立、分解時の作業効率を高めるこ
とができる。
Further, the neutral particle injector according to the present invention is
Water placed between the magnetic poles of the deflection magnet almost parallel to the beam axis
A flat beam dump and an ion beam outside the deflection magnet
With a vertical beam dump arranged perpendicular to the axis
Therefore, the ion beam before complete reflection is converted into a horizontal beam dump.
Ion beam after incident and completely reflected
Can be made incident on the pump. Therefore, in claim 1,
Beam dump without focusing the ion beam
It is possible to remove heat while reducing the heat load per hit.
In addition, since the beam dump has a divided structure, it can be unitized and the weight of one unit at the time of assembly can be reduced. As a result, work efficiency during assembly and disassembly can be improved.

【0048】請求項2によれば、ビームダンプはイオン
ビームによる高熱負荷部分にスワール管を、低熱負荷部
分に直管をそれぞれ設けた冷却管構造としたことによ
り、入射する熱負荷に合致した冷却構成が可能となり、
ロスが削減され冷却構造の最適化を図ることができる。
According to the second aspect , the beam dump has the cooling pipe structure in which the swirl tube is provided in the high heat load portion due to the ion beam and the straight tube is provided in the low heat load portion. Configuration is possible,
Loss is reduced and the cooling structure can be optimized.

【0049】請求項3によれば、低熱負荷部分に設けた
冷却管を2重管構造としたことにより、この冷却管の冷
却管ヘッダーが片側にだけ必要となり、冷却用配管を簡
素化することができる。また、熱伸びに対する拘束が片
側のみとなるため、熱変形による応力が軽減される。
According to the third aspect , since the cooling pipe provided in the low heat load portion has the double pipe structure, the cooling pipe header of this cooling pipe is required only on one side, and the cooling pipe is simplified. You can Further, since the restraint against the thermal elongation is limited to one side, the stress due to the thermal deformation is reduced.

【0050】請求項4によれば、高熱負荷を受けるビー
ムダンプに流す冷却水と、低熱負荷を受けるビームダン
プの冷却水をシリーズで流す構造としたことにより、冷
却能力を確保しつつ、必要な冷却水流量を減少でき、冷
却構造のコンパクト化を図ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention , the cooling water flowing through the beam dump that receives a high heat load and the cooling water flowing through the beam dump that receives a low heat load are made to flow in series. The flow rate of cooling water can be reduced, and the cooling structure can be made compact.

【0051】請求項5よれば、ビームダンプはその冷却
管内面に防食コーティングを施したことにより、ビーム
ダンプの冷却水流による管壁の侵食を防止することがで
き、ビームダンプの使用期間が延び、メンテナンスの期
間を長期化することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the beam dump has the inner surface of the cooling pipe provided with the anticorrosion coating, so that the wall of the beam dump can be prevented from being eroded by the cooling water flow of the beam dump, and the period of use of the beam dump can be extended. The maintenance period can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る中性粒子入射装置の第1実施形態
を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a neutral particle injection device according to the present invention.

【図2】(A),(B)は本発明に係る中性粒子入射装
置の第2実施形態におけるビームダンプの冷却管を示す
斜視図。
2A and 2B are perspective views showing a cooling pipe of a beam dump in a second embodiment of the neutral particle injection device according to the present invention.

【図3】(A),(B)は本発明に係る中性粒子入射装
置の第3実施形態におけるビームダンプを示す斜視図,
その冷却管を示す断面図。
3 (A) and 3 (B) are perspective views showing a beam dump in a third embodiment of the neutral particle injector according to the present invention,
Sectional drawing which shows the cooling pipe.

【図4】本発明に係る中性粒子入射装置の第4実施形態
におけるビームダンプの冷却管を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a cooling pipe of a beam dump in a fourth embodiment of the neutral particle injection device according to the present invention.

【図5】従来の中性粒子入射装置の構成を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a conventional neutral particle injector.

【図6】従来の中性粒子入射装置において透過型のビー
ムダンプ構成を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a transmissive beam dump configuration in a conventional neutral particle injector.

【図7】従来の中性粒子入射装置において反射型のビー
ムダンプ構成を示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a reflective beam dump configuration in a conventional neutral particle injector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 2 イオンビーム 3 真空容器 4 中性化セル 5 真空容器 6 ドリフト管 7 核融合装置本体 8 プラズマ 9 クライオポンプ 11 偏向磁石 13a,13b 水平ビームダンプ 14a,14b 垂直ビームダンプ 15 ねじりテープ 16 スワール管 17 直管 18 2重管ビームダンプ 19 ヘッダー 20 冷却管 21 薄膜 1 ion source 2 ion beam 3 vacuum container 4 Neutralization cell 5 vacuum container 6 drift tube 7 Fusion device body 8 plasma 9 Cryo pump 11 Deflection magnet 13a, 13b Horizontal beam dump 14a, 14b Vertical beam dump 15 twisting tape 16 swirl tube 17 straight pipe 18 Double tube beam dump 19 header 20 cooling pipe 21 thin film

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオンビームを生成するイオン源と、こ
のイオン源から出射されたイオンビームを中性粒子に変
換する中性化セルと、この中性化セル通過後に残留した
イオンビームの軌道を偏向させる偏向磁石と、この偏向
磁石の磁場により偏向した残留イオンを熱として除去す
るビームダンプとを有する中性粒子入射装置において、
前記ビームダンプは前記偏向磁石の磁極間に前記イオン
ビームのビーム軸とほぼ平行に配置された水平ビームダ
ンプと、前記偏向磁石外で前記イオンビームのビーム軸
と垂直に配置された垂直ビームダンプとから構成される
とともに、完全反射する前の前記イオンビームは前記水
平ビームダンプに入射され、完全反射した前記イオンビ
ームは前記垂直ビームダンプに入射されることを特徴と
する中性粒子入射装置。
1. An ion source for generating an ion beam, a neutralizing cell for converting the ion beam emitted from the ion source into neutral particles, and an orbit of the ion beam remaining after passing through the neutralizing cell. In a neutral particle injector having a deflecting magnet for deflecting and a beam dump for removing residual ions deflected by the magnetic field of the deflecting magnet as heat,
The beam dump consists of the ions between the magnetic poles of the deflection magnet.
Horizontal beam holders arranged almost parallel to the beam axis of the beam
And the beam axis of the ion beam outside the deflection magnet
And a vertical beam dump arranged vertically
In addition, the ion beam before being completely reflected is the water.
The ion beam that was incident on the flat beam dump and was completely reflected
The apparatus for injecting neutral particles, wherein a beam is incident on the vertical beam dump .
【請求項2】 ビームダンプは、イオンビームによる高
熱負荷部分にスワール管を、低熱負荷部分に直管をそれ
ぞれ設けた冷却管構造としたことを特徴とする請求項1
記載の中性粒子入射装置。
2. The beam dump has a cooling pipe structure in which a swirl tube is provided in a high heat load portion due to an ion beam and a straight tube is provided in a low heat load portion, respectively.
Neutral particle injection device described.
【請求項3】 低熱負荷部分に設けた冷却管を2重管構
造としたことを特徴とする請求項2記載の中性粒子入射
装置。
3. The neutral particle injection device according to claim 2, wherein the cooling pipe provided in the low heat load portion has a double pipe structure.
【請求項4】 高熱負荷を受けるビームダンプに流す冷
却水と、低熱負荷を受けるビームダンプの冷却水をシリ
ーズで流す構造としたことを特徴とする請求項2記載の
中性粒子入射装置。
4. The neutral particle injection device according to claim 2, wherein the cooling water to be passed through the beam dump that receives a high heat load and the cooling water for the beam dump that receives a low heat load are made to flow in series.
【請求項5】 ビームダンプは、その冷却管内面に防食
コーティングを施したことを特徴とする請求項1記載の
中性粒子入射装置。
5. The neutral particle injector according to claim 1, wherein the beam dump is provided with an anticorrosion coating on the inner surface of the cooling pipe.
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