JPH01202182A - イオンエネルギ回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、高速イオンを有している運動エネルギを電気
エネルギとして回収するイオンエネルギ回収装置に関す
る。

（従来の技術） イオンエネルギ回収装＃は、通常、第５図１こ示すよう
に、回収装置と池とを仕切る隔壁１に設けられた入射孔
２からイオンビーム３を入射させ、このイオンビーム３
をイオンコレクタ４ｃこ入射サセテイオンピーム３が有
している運動エネルギを・電流に変換して回収するよう
（こしている、このとき、イオンコレクタ４の電位を隔
吸１のそれより閤＜保ち、こｎｔこよりてイオンビーム
３を減速させながらイオンコレクタ４ｃこ入射させるよ
うｔｃ　Ｌでいる。また、隔壁１とイオンコレクタ４と
の間に、隔壁１より低電位の電子抑制電極５を設け、こ
の゛眠子仰ｆｆ’ｔｌ這極５が作るＩ＃電障壁でイオン
ビーム３に随伴する電子６を追い返し、電子がイオンコ
レクタ４に入射しないようにしている。このようなイオ
ンエネルギ回収装置は、単なる発電用に限らず、たとえ
ばプラズ７〃口熱用の中性粒子入射装置に８ける非中性
化イオンからエネルギを回収するときなどに３いても用
いられている。第８図はその概略構成を示している。

ところで、このようなイオンエネルギ回収ｆｃ置では、
イオンがコレクタ面で侵か散乱したり、静゛電的なスリ
ップをおこすと、その一部が真空容器、□壁８を衝撃す
ることがある。これら散乱イオンの存在は、それ自身損
失電流の原因となる一方、さらに衝撃の際に゛１子を放
出させる。放出電子の多くは、コレクタに流入し、熱（
ｉ失を与えるととも擾こ、回収イオｙｉ流を減少させる
。この吹出゛１子による損失は、回収装置の損失の大き
な原因のひとつであった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、従来の装置船こありては、壁からの１子放
出によりて損失が大きくなるという問題があった。

本発明の目的（・マ、葉からの電子放出を抑える手本発
明に係るイオンエネルギ回収装置で）ば、真空容器内面
に、この内管の表面から一部または全部を容器内側に突
出させて４子放出防止用の永久磁石を相互間に間隔をあ
けて複数設けている。

（作用） 今、各永久磁石が電子抑制電極の表面に取付けられてお
り、しかも容器の表面に沿りた方向に着磁されているも
のとする。この場合、各永久磁石の容器管に接している
側と番ズ反反対辺位置する面は磁力線によって完全に覆
われている。したがって、上記面から放出された電子が
上記面から脱出しようとするとき憂こは磁力線を償切ら
なければならず、磁場強度が適当な大きさであると電子
は脱出できないことになる。一方、容器内貸の表面で永
久磁石間に位置する部分を通る磁力線は、磁場の強い磁
極面ζこ向けて閉じている。したがって。

この部分でば、磁力線が一方的に磁場の弱い方向Ｉこ開
いている所はない、このため、容器内貸の表面で永久磁
石間（こ位置する部分で電子の放出が起ころうとしても
、容６表面から逃げ出すことはできない。

このよう（こ、各永久磁石同志を適当な間隔をあけ、か
つ磁力・銀の湧きだし部２よび吸い込−９一部を電極表
面外に位置させて配置しているので、容器内吸からの電
子の放出を効果的に抑制できることになる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るイオンエネルギ回収装
置の要部を局部的に示すもので、この実施例は本発明を
第６図憂こ示したタイプの回収ｓ、＃Ｌζこ適用した例
である。

すなわち１図中１１は、この回収装置と他とを仕切る隔
壁であり、この隔壁１１にはイオンビーム１２を入射さ
せるための入射孔１３が形成されている。そして、入射
孔１３に対向する位置にはイオンコレクタ１４が配置さ
れている。イオンコレクタ１４と隔壁１１との間で、イ
オンビーム１２を境曇こして上下位置には電子抑制電極
１６ａ、１６ｂが上下方向に対向する関係番こ配置さｎ
ており、これら電子抑制ｔｔｆｆｉｌ　５　ａ　、　１
５　ｂｌ；！それぞれ絶縁材１６ａ、１６ｂを介して隔
壁１１１こ支持されている。

イオンコレクタ１４も絶縁材２０を介して容器１９に支
持されている。容器内壁には、この表面に沿った方向に
着磁された複数の棒状の永久磁石１７が隣合う磁極面を
同極性番こし、かつ互いの間に所定の間隔１８を設けて
図示しないネジ等によりて容器と同電位に固定されてい
る。

そして、運転するとき擾こは、隔壁１１よりイオンコレ
クタ１４の電位を高くしてイオンビーム【２を減速させ
、イオンビーム１２の運動エネルギを電気エネルギとし
てイオンコレクタ１４から取り出すとともに隔壁１１よ
り電子抑制電極１５ａ。

１５ｂの電位を低くしてイオンビーム１２ｔｃａ洋する
成子がイオンコレクタ１４（こ入射しないよう曇こして
いる。

このような構成であるとコレクタ面で後方散乱やスリッ
プしたイオンが容器内壁を衝撃してもこれらの面からの
成子放出を確実に抑制でき、この結果、電子放出に痒う
損失を大幅に低減することができる。すなわち、各器内
壁の平坦部分を拡大して示すと第２図に示す形態となる
。

第２図（こεいて、谷永久伍石１７のＮｌｉから出た磁
力線は図中実線矢印で示すような経路でＳ匝に至る。今
、各永久磁石１７の側面Ｑに着目して、見ると、この測
面Ｑは磁力線によって完全に覆われている。今、＠面Ｑ
近傍の磁場の強さが充分な強さであるとすると、二次的
なイオンの衝突によって側面Ｑから電子が放出されても
、この電子は磁力線を横切ることができず、結局、空間
には放出されないことになる。

また、電子抑制電極１５ａ、１５ｂの表面で永久磁石１
７間に位置する而Ｒ１こ着目してみると、この面Ｒを通
る磁力線は強い磁場を有する永久−石１７のｉａ面Ｇこ
向けて閉じている。このため、二次的なイオンの衝突に
よりて面Ｒから電子が放出されよつとしても、この１子
は強い磁場に阻まれて空間には放出されないことになる
。

ここで、電子放出を抑えるために必要な磁場強度をこつ
いて説明する。説明を簡単にするために、電場、磁場が
一様で互いに直交しているものとする。この仮定は容器
内債近傍では概ね実現されている。

二次的なイオンの衝突によって壁面から放出された電子
の振舞いを考えると、放出電子の放出時のエネルギは管
面近傍の電場強度に比べて無視でき、零とおいても差支
えない、広東密度が充分であれば、放出された′成子は
サイクロイド軌道を描いて壁に沿うてドリフト運動を行
なうだけでイオンコレクタ暑こは達しない、そして、電
子照射をこよる電子放出係数は、入射１子のエネルギが
低い場合には、一般に１以下であり、電子が壁に衝突す
るたびに減少し、ついには電子放出が停止する。

このとき、サイクロイド軌道を描く電子が壁から最も離
れる距１ｉ１ａは、 ａ　＝Ｅ／　（Ｂ−Ｗｃ） である、ただしＷｅは電子のサイクロトロン周波数、Ｅ
は電界強度、Ｂは磁束密度である。ａをたとえばＩｏｎ
、Ｅを１０Ｋｖ／ｃｍとすると、必要なりは２００ガウ
ス程度である。この程度の磁場強度は永久磁石で拝易に
得ることができる。

な３％本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い、すなわち、第３図に示すように、永久磁石１７を非
磁性金属材で形成された水冷管２１内に収容し、この水
冷管２１を容器内壁の表面に、固定するようをこしても
よい、また、第４図に示すように各永久磁石１７を非磁
性金属材製の取付は具２２を介して容器内管の表面に固
定してもよい。

また、上述した各側では各永久磁石を容器内壁の表面か
ら完全に突出させているが、着磁方向を管の表面に沿っ
た方向とし％着磁方向に沿つ磁甑中心面までの全部また
は一部が壁内部に位置するように取付けてもよい、さら
に、イオンビームの形状は実施例の形状に限定されない
、また、本発明に係る回収装置は、＠１図擾こ示すタイ
プの回収装置に限らず第７図に示した中性粒子入射装置
の非中性比イオンからエネルギを回収する装置にも適用
できることは勿倫である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、容器内嗟の表面に前
記関係【こ永久磁石を取付けているので。

この壁面からの゛電子の放出を効果的に抑制することが
でき、もって効率を向上させることができるイオンエネ
ルギ回収装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ま本発明の一実施例に係るイオンエネルギ回収
装置の要部を一部切欠して示す概略図、第２図は同回収
装置における容器内壁の表面部分を拡大してそれぞれ示
す概略図、第３１スおよび８４図は永久磁石の設は方の
変形例をそれぞれ示す概略図、第５図は従来のイオンエ
ネルギ回収装置の概略構成図、第６図は同回収装置で非
中性化イオンのエネルギを回収する場合の溝成例を示す
概略図、第７図および第８図は従来の回収装置Ｇこおけ
る成子放出抑制用永久磁石の取付は構造をそれぞれ示す
概略図である。 １１・・・隔啼、１２・・・イオンビーム、１３・・・
入射孔、１４・・・イオンコレクタ、１５ａ、１５に＋
・・・社子抑制ｔ　ｉ、１７・・・永久磁石。 代理人　弁理士　　則　近　憑　右 同　　　　　　　　　扮　　山　　光　　之ｆ５；１（
グＳｂ） 第４図 第　５　図−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高速イオンを静電場で減速させてからイオンコレクタに
   入射させてイオンが有している運動エネルギを電気エネ
   ルギとして回収するとともに上記イオンコレクタより前
   方位置にイオンに随伴する電子を静電障壁で除去する電
   子を静電障壁で除去する電子抑制電極を備えてなるイオ
   ンエネルギ回収装置において、回収装置を収納する真空
   容器の内壁面に永久磁石を配設したことを特徴とするイ
   オンエネルギ回収装置。