JPH01503020A - 電界ひずみ要素をそなえたプラズマ集束装置 - 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】 ７　請求の範囲２に記載の発明において、前記電源が、この電源のインダクタン ス、前記電力伝導線路のインダクタンスおよび前記低インダクタンススイッチの インダクタンスを包含する前記同軸の電極のインダクタンスに基本的に等しいイ ンピーダンスを有することを特徴とする発明。

８　請求の範囲２に記載の発明において、前記電界ひずみ装置がマズル側に向う につれ減少する壁厚と２−１４　（３−１０）　ｚｚの長さとを有することを特 徴とする発明。

９　強いプラズマ集束を生じさせる同軸プラズマ加速器において、下記（ａ）な いしくｇ）の構成要件をそなえたことを特徴とする同軸プラズマ加速器 （ａ）電極間ギャップによって互いに隔離された内側および外側の同軸の電極、 これら電極はマズル端部に対向するブリーチ端部との間でランダウン相の終りに おいて電流シースを収れんし集束せしめるようにしたマズル端部を有する、 （ｂ）前記電極間に配設された絶縁材料のスリーブ、このスリーブは前記内側の 電極に近接して取り囲む、（ｃ）前記電極を取り囲むガス充填タンク、このガス は１ないし１０トールの圧力の重水素を包含する、（ｄ）前記同軸の電極間に電 力伝導線路によって接続された低インダクタンス電源、この電源は前記電極との 間の前記電力伝導線路中に少なくともひとつの低インダクタンススイッチを包含 し前記電極間にメガアンペア、マイクロ秒の放電を生じさせ得る、（ｅ）前記内 側の電極の直径は少なくともその軸線方向長さにほぼ等しい、 （ｆ）前記電源はこの電源のインダクタンス、前記電力伝導線路のインダクタン スおよび前記低インダクタンススイッチのインダクタンスを包含する前記同軸の 電極のインダクタンスに本質的に等しいインピーダンスを有する、 （ｇ）前記同軸の電極のブリーチ端部において前記電極間ギャップに設けられた 電界ひずみ装置、この電界ひずみ装置は電極軸線に直交する平面内で円形横断面 を有する円筒形のナイフェツジと比較的厚い基部とを包含しｌないし４ｍｍだけ 前記絶縁体スリーブの外面から離して前記外側の電極の前記ブリーチ側に電気的 に接続しである、前記ナイフェツジは導電材料で作られマズル側に向うにつれ減 少する壁厚、直線または曲線状の側部を有する前記電極を包含する平面における 三角形の横断面、および２ないし１４（３−１０）　ｘｉの長さを有する。

１０　大電流、典型的には数メガアンペアの大電流を遮断する方法において、（ ａ）請求の範２ないし８に記載のプラズマ集束装置の電極間に外部電源から大電 流を加え、（ｂ）前記プラズマ集束装置を働かせてプラズマシースのビンチイン を行なわせることを特徴とする方法。

１１　請求の範囲８に記載の発明において、前記電界ひずみ要素が前記電極軸線 を含む平面において三角形の横断面を有することを特徴とする発明。

１２　請求の範囲８に記載の発明において、前記電界ひずみ要素が直線状の側部 を有することを特徴とする発明。

１３　請求の範囲８に記載の発明において、前記電界ひずみ要素が曲線状の側部 を有することを特徴とする発明。

１４　請求の範囲ｌないし９および１１ないし１３に記載の発明において、前記 装置が、前記電極の軸線上で会合する鋭く限界された前側部を有する電流シース を発生し、これにより前記軸線に沿って注入された荷電粒子ビームの集束用のパ ルス化磁気レンズとして機能するようにしたことを特徴とする発明。

１５　請求の範囲！ないし９および１１ないし１３に記載の発明において、前記 装置が、前記電極の軸線上で会合する鋭く限界された前側部を有する電流シース を発生し、これにより前記軸線に沿って注入された荷電粒子ビームの中和用のパ ルス化磁気レンズとして機能するようにしたことを特徴とする発明。

１６　請求の範囲ｌないし９および１１ないし１３に記載の発明において、前記 装置が放電室を有し、この中で強い軸線方向のピンチを発生するようにし、これ より、前記放電室内に活性化しようとする原子核を有するガス混合物が充填され ている時前記ピンチ内における短寿命の放射能を有する同位元素の産生を強める ようにしたことを特徴とする発明。

１７　請求の範囲１ないし９および１１ないし１３に記載の発明を包含するリト グラフィ用のＸ線源。

１８　請求の範囲ｌないし９および１１ないし１３に記載の発明において、この 発明を形成する軸線方向のピンチ内に形成された強い中性子源の強度および全放 出量を増加せしめ、この中性子源の容積を中性子ラジオグラフィに用い得るよう に減少せしめたことを特徴とする発明。

明　細　書 電界ひずみ要素をそなえたプラズマ集束装置背景技術 本発明はプラズマ集束装置に関する。ことに本発明は電界ひずみ要素に新規な設 計を採用することによりプラズマ集束装置の中性子生成量、電流シースの量およ び性能持続性を改善することに関する。

プラズマ集束装置は、高中性子束を生成するために中心導体の端部に大電流ピン チ効果を適用するように設計されたプラズマ同軸加速器である。これに関しては たとえばプロシーディンゲス・オン・インターナショナル・シンポジウム・オン ・ダイナミックス・オン・アイオナイズド・ガセス（Ｐｒｏｃ、Ｉｎｔ、Ｓｙａ ＋、ｏｎ　Ｄｙｎａｍｉｃｓｏｆ　Ｉｏｎｉｚｅｄ　Ｇａ５ｅｓＸ１９７１）の ダブリュ、エイチ、ボスティック（Ｗ、Ｈ，Ｂｏｓｔｉｃｋ）、グイ。ナルディ （Ｖ、Ｎａｒｄｉ）およびダブリュ、プライア（Ｗ、Ｐｒ１ｏｒ）の論文、フォ ーメンジョン・アンド・ディケイ・オン・ポルテックス・フィラメンツ・イン・ プラズマ・カレント・シース（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｃａｙ　ｏｒ 　Ｖｏｒｔｅｘ　Ｆｉｌａｓｅｎｔｓ　ｉｎ　ａＰｌａｓｍａ　Ｃｕｒｒｅｎｔ 　５ｈｅａｔｈ）を参照されたい。プラズマ集束装置はパルス化粒子ビーム加速 器、プラズマ加速器、Ｘ線源、核融合装置、中性子源およびメガアンペア縁間路 スイッチ等としても利用される。

これらの装置においては、プラズマの焦点が、間に絶縁材料のスリーブをはさん だ１対の同軸の電極によって通常形成される。この絶縁材料のスリーブが通常１ ■以下の許容誤差を以て内側電極に密接してこれを取り囲んでおり、アノードを カソードから電気的に隔離している。これらの電極は典型的にはたとえば重水素 のような適宜の加圧ガスで満たしたタンク内に収容されている。このプラズマ集 束装置は典型的には、エネルギ源としてコンデンサバンクのような低インダクタ ンス電源を用い、メガアンペア級でマイクロ秒の放電を生じさせるために電源と 電極との間の電力線にひとつまたはそれ以上の数の低インダクタンススイッチ系 統を用いる。

このような放電はショックドライビング電流シース（屡々しわのよったフィラメ ント構造を有する）を生ずる。この放電の最終段階において狭さくされたプラズ マの中に存在する重水素と電子とは、電源による印加電位よりも何倍も高くエネ ルギ的に加速される。電流シースは電極の全長に沿って進行し、最終段階におい ては電極の端部において狭さくされ、典型的には放電の軸線方向領域で崩壊する 。中性子は、典型的には５０ないし５００ナノ秒までのピンチ形成時にこのピン チが比較的長い中性子パルス（２０−５００ナノ秒）を与えた後に始まってプラ ズマ中に発生する。

プラズマ集束装置の性能における決定的な役割は、電極間電流が集中するふたつ の同軸の電極間の間隙におけるプラズマ電流シースの品質によって果たされる。

電流シースの品質は、この電流シースにおけるピーク電流密度Ｊ霞、電流シース 厚さの逆数１／ｄおよび電極軸線に沿う電流シース伝播速度Ｖによって表わされ る。

この電流シースの品質は、外部電源（たとえばコンデサバンク）内に最初貯えら れているエネルギを集中して電極の前端（マズル）におけるプラズマ領域へ移し 、ここで電流シースを収れんせしめてランダウン相の終りにおいて電極間で焦点 を結ばせる過程の効率を左右する。このエネルギ移送過程の効率は、電力供給の コンデンサを一定としそのピーク充電電位を一定とすればＪａ＋、　ｄ−’およ びＶの値を増大せしめると当然に増大する。

電流シースが電極軸線で内破するプラズマ焦点放電の最終段階においては、プラ ズマ電流チャンネルが形成され、ここでエネルギ密度はコンデンサバンクの当初 のエネルギ密度に比較して典型的には１０８の率で増大する。

プラズマ集束装置の性能を改善するために電界ひずみ要素を用いることは知られ ている。また、プラズマ集束装置の性能を改善するために同軸電極のブリーチ端 部にタイトフィッティング型のナイフェツジを用いることも既に行なわれており 、文献に記載されている。

たとえばプロシーディンゲス・オン・フォース・インターナショナル・ワークシ ョップ・オン・プラズマ・フォーカス・エンド・ゼットピンチ・リサーチ（Ｐｒ ｏｃ。

４ｔｈ　Ｉｎｔ、　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｐｌａｓｍａ　Ｆｏｃｕｓ　ａｎ ｄ　Ｚ−ＰｉｎｃｈＲｅｓｅａｒｃｈ）（ワルシャワ　１９８５）第１２８−１ ３１頁のダブリュ。

エイチ、ボスティック（Ｖ、Ｈ，Ｂｏｓｔｉｃｋ）、シー、エム。

ルオ（Ｃ，Ｍ、Ｌｕｏ）、グイ。ナルディ（Ｖ、Ｎａｒｄｉ）、シー、ボウエル （Ｃ，Ｐｏｖｋｅｌｌ）の論文、メジャメンッ・オン・ピンホール・カメラ・フ ォトグラフス・ウィズ・パーティクル・ディテクターズ・エンド・プラズマ・フ ォーカス０オブテイミゼイシヨン（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｎ　Ｐｉｎｈ ｏｌｅＣａｍｅｒａ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ　Ｗｉｔｈ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　 Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ　ＡｎｄＰｌａｓｍａ　Ｆｏｃｕｓ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉ ｏｎ）および同第８６−８９頁のエム、ボロヴッキ（Ｍ、Ｂｏｒｏｗｉｅｃｋｉ ）ほかの論文、インフルエンス・オン・インシュレータ・オン・プラズマフォー カス９デイスチヤージ（Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ　Ｏｎ Ｐｌａｓｍａ−Ｆｏｃｕｓ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を参照されたい。これらの適 用例においては、ナイフェツジ内面および円筒形ナイフの鋭い端縁は絶縁体スリ ーブの外面上にまたはこれに極く接近して（たとえば製造許容誤差大略１ｘｘ以 内に接近して）位置せしめである。この小径のナイフェツジは、最適作動条件に おいて約１キロジユールから約１００キロジユールのエネルギで作動するプラズ マ集束系で１．３ないし２の間の係数をもって重水素中の中性子生成量を増大せ しめる。しかしながら、このようなナイフェツジが採用されると、反復パルス（ すなてショットからショットへの変動が生ずる。

発明の開示 本発明は、ナイフェツジまｆこは他の好適な形状の電界ひずみ要素を絶縁体表面 から比較的離して（たとえば３　ｘｍ）用いると、プラズマ集束装置の性能およ び持続性を著しく増大せしめるという改良にある。ことに、電気的抵抗は絶縁体 スリーブの表面からの不純物イオンの放出の減少により放電の開始に当って減少 し、中性子の生成量は電界ひずみ要素がない場合に比べて５倍ないしそれ以上、 従来のタイトなすなわち小径のナイフェツジの場合に比べて約３倍に増大する。

本発明の目的は、電極間間隙に電界ひずみ要素を挿置して電極間電流の分布にお けるこの電界ひずみ要素の積極効果を著しく増大せしめることにより、プラズマ 集束装置のプラズマ電流チャンネルのエネルギ密度濃厚化を改善することにある 。このエネルギ密度濃厚化法の効率を測定する有効な方法は、放電室に重水素ガ スが満たされている場合（典型的には１ないし１０トールのＤｔ）、Ｄ　（ｄ、 ｎ）’Ｈｅ核融合反応からの中性子放出を１回のプラズマ集束放電に当って測定 することである。

本発明の他の目的は、プラズマ集束装置の同軸のふたつの電極間に挿置した好適 な電界ひずみ要素により、放電開始時における電流シースの品質を改善し、これ によりその後の任意の時点における電流シースの品質を制御し、かつ最適条件下 のプラズマ集束装置の性能の再現性を制御することにある。

本発明のさらに他の目的は、電流シースを絶縁体の表面の上方にもち上げて、放 電の後続段階において全く重大な役割を果す放電開始時における絶縁体スリーブ の表面からの不純物イオンの放出を減少させ、これにより電極間放電開始段階お よびその後の段階における電流シースの厚さの増大を妨げることにある。

図面の簡単な説明 第１図は円筒形の対称型プラズマ集束装置の略図的断面図である。

第２図は第１図のプラズマ集束装置の一部分の断面図で、その電界ひずみ要素を 示す図である。

第３Ａ図ないし第３Ｅ図は電界ひずみ要素のそれぞれ別の実施例の断面図である 。

第４Ａ図ないし第４Ｂ図はＹｎの関数としてショットのパーセントを示すヒスト グラムであって、第４Ａ図は従来の電界ひずみ要素による特性を、第４Ｂ図は本 発明の好適な実施例の電界ひずみ要素による特性を示す図である。

第５図は電界ひずみ要素のＺピンチ形状を示す図である。

第６図は軸線方向に延びる各個のビンを包含する電界ひずみ要素の軸線方向に見 た端面図である。

好ましい実施例の説明 本発明の好適な実施例を第１図に示す。この好適な実施例においては、ジェイ、 マザー（Ｊ、Ｍａｔｈｅｒ）型の形状をした同軸電極を採用している。このよう なシステムにおいては、内側電極の直径はこの電極の長さよりも小さい。この型 式に代るものとしては、エヌ・ブイ・フィリッポヴ（ＮＪ、Ｆｉｌｌｉｐｏｖ） 型のものがある。この型式のものは中心電極の直径はこの電極の長さよりも大き いか、あるいはおおよそこれに等しい。電界ひずみ要素の改良に関する発見が見 られる他の既知の非同軸システムとしては、ふたつの電極が同軸関係になく互い に対向して配設されているＺピンチシステムがある。

本発明の第１の適用は、最適条件またはこれに近い条件下にあるシステムの性能 をさらに改善することにある。このように本発明が好適な実施例のプラズマ焦点 形状とは異なる幾何学的形状に採用されると、システムの寸法および他のパラ− メータ　（たとえば電力供給のパラメータなど）は好適には本発明を用いない場 合にこのシステムの性能を最適化するようなものに選定すべきである。本発明を 用いない場合の最適条件およびパラメータは当業者にとって周知である。ただひ とつの好適な実施例についての以下の記載は、そこに述べられている特定のエネ ルギレベルについての条件およびパラメータを与えるものである。

記載されているミリメートル単位の寸法は、大略１４ＫＶの電位において約５Ｋ Ｊから２０ＫＶの電位においてｌ０ＫＪまでのエネルギレベルにおける作動に最 適化したプラズマ集束システムの典型例である。作動電圧に依存しかつ電力供給 のパラメータに依存してもっと高いエネルギ値とするには、プラズマ集束パラメ ータに若干の変更（電極の半径および長さ）を、当業者にとって既知で文献に報 告されている最適化値に従って用いなければならない。

プラズマ集束システムの詳細な説明、その製作に関する特性、および作動の最適 化されたモードについてはたとえば以下に示す文献に述べられている。すなわち メソッド・イン・エクスペリメンタル・アブロプリエイト・フィジックス　（Ｍ ｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＡｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　Ｐｈｙ ｓｉｃｓ）、第９巻パートＢ　（１９７１年−Ｚニーヨーク、アカデミツクプレ ス発行）、第Ｈ１７−２４９頁のジェー、ダブリュ、マザー（Ｊｉ、Ｍａｔｈｅ ｒ）の論文デンス・プラズマ・フォーカス（Ｄｅｎｓｅ　Ｐｌａｓｍａ　Ｆｏｃ ｕｓ）、コロツク、アンテルナショノー、セ、エーヌ、エール。

ニス、エータ２４２−フイシツク・スー・シャン・マニエティック・アンタンス （Ｃｏｌｌｏｑｕｅｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｕｘ　Ｃ。

Ｎ、Ｒ，Ｓ、、Ｎ、２４２−　Ｐｈｙｓｉｑｕｅ　５ｏｕｓ　Ｃｈａｍｐｓ　Ｍ ａｇｎｅｔｉｑｕｅｓＩｎｔｅｎｓｅ）、（１９７４年フランス国パリＣＮＲ５ 発行）、第１２９−１３８頁のヴイ、ナルディ（Ｖ、Ｎａｒｄｉ）他の論文、マ グネティック・フィールド・バイヤー・イン・１００　ＭＧ・プロデユースト・ イン・ザ・カレント・シース・イン・ア・コアキシャル・アクセラレータ（Ｍａ ｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄ　ＨｉｇｈｅｒＴｈａｎ　１００　ＭＧ　Ｐｒｏｄｕ ｃｅｄ　Ｉｎ　Ｔｈｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　５ｈｅａｔｈ　Ｏｆ　ＡＣｏａｘｉａ ｌ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）、およびダブリュ、エイチ、ボスティック　（Ｗ 、Ｈ，Ｂｏｓｔｉｃｋ）およびブイ。ナルディ　（ＬＮａｒｄｉ）Ｉのエナジー ・ストレージ・コンプレッションｅエンド・スイッチング（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔ ｏｒａｇｅ、　Ｃｏｒｎｐｒｅｓ−ｓｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｓｖｉｔｃｉｎｇ）第１ ．２巻（１９８３年ニューヨーク、ブレナム社発行）である。

円筒対称型プラズマ集束装置としてここに述べられる本願の好適な実施例は符号 ｌで全体を表わしている。

これは、電極間ギャップ７で互いに隔てられている内側および外側の同軸の電極 ３および５を包含している。

これらの電極の寸法の典型的な数値としては、外側の電極５がブリーチ壁９から 測って軸線方向長さ１１８ｎ、内側の電極３の軸線方向長さが１３８ｕである。

直径は外側の電極が１０ｃｘ（内径）、内側の電極が３４．３■（外径）である 。これらの電極はそれぞれマズル端部１１および１３を有し、ここで電流シース １５が装置作動中に形成される。たとえばアルミナかまたはバイレックスのよう な電気絶縁材料のスリーブ１７が電極３と５の間に配設されており、これは内側 の電極３に密接して取り囲んでいる（公差的ｌｘｘ以内）。

これらの電極は、大気からシールされたタンク　（図示しない）内に収容され、 このタンクにはガス好適には１ないしｌＯトールの圧力の重水素を包含するガス を充填しである。

重水素−トリチウムガスが融合を最もよく生じさせるのに用いることができる。

Ｘ線の発生を最大にするためには、たとえばアルゴンのような重原子核ガスを用 いるとよい。また、もし外側の電極がその両端を閉じられているものとすれば、 上述のタンクを用いることなく、この外側の電極自体を放電容器として用いるこ とができる。この場合、軸線方向のピンチは電流シースの軸線を外れた部分を経 由することなく直接に外部電極に接続される。

たとえばコンデンサバンクのような低インダクタンス電源１９を、少なくともひ とつの低インダクタンススイッチ２３を介して伝導線路２１により同軸の電極３ および５に接続して、これら同軸の電極間にメガアンペア、マイクロ秒の放電を 生じさせ得るようにしである。絶縁材料の薄膜を重ねた積層体３５を板状の伝導 線路間に介在させである。たとえばポリビニルクロライド、シリコンゴムのよう な絶縁体３１がふたつのブリーチ板３１゜３９を分離している。これらのブリー チ板はそれぞれふたつの電極３および５に接続しである。電源のインピーダンス のオーミック成分は無視できる程度である。

電源のインダクタンスは好適には同軸の電極のインダクタンスと電力伝導線路２ １のインダクタンスとスイッチ２３のインダクタンスとの総和に等しくする。こ の等しいという条件は通常、プラズマ集束装置の作動の正規条件（すなわち最適 化した作動条件）において得られるものであり、作動の最適化モードにおけるプ ラズマ集束システムのパラメータにつながる制約の１例である。

電界ひずみ要素２５はブリーチ端において電極間ギャップ内に配設しである。好 適な実施例においては、この電界ひずみ要素２５は円筒形のナイフェツジ２７を 包含する。このナイフェツジ２７は通常厚い基部２９を有し、この基部２９は外 側の電極５のブリーチ側部３１に電気的に接続され、絶縁体スリーブ１７の外面 ３３とは適当な距離をへだてて配設されている。この距離は、電界ひずみ要素が 開始電流シースのインダクタンスを最小にするために絶縁体表面に近接している 必要性と、不純物イオンの放出をさけるために電界ひずみ要素が絶縁体表面から 雌れている必要性との妥協の結果として定められる。実施例の場合にはこの距離 の好適な範囲は約２ないし４ｍｍである。

円筒形のナイフェツジを用いる場合の利点としては、いくつかの利点のうちでも 次のことがあげられる。すなわち電力供給のエネルギが一定の値、コンデンサバ ンクのピーク電圧が一定値、充填圧が一定値で、性能を最適化するために当業者 に知られている電極および絶縁材料の通常の幾何学的形状のパラメータを有する 最適化したシステムにおいて、Ｄ−Ｄ融合反応から生する放電毎の中性子発生量 が５倍ないしそれ以上に増大することである。この中性子発生量の増加は、電界 ひずみ要素をそなえた改良プラズマ集束装置を、中性子写真を含む各種の実際的 な応用分野のための好適な中性子源として利用するに充分なものとする。

中性子源としてのプラズマ焦点の利用は最も重要な用途である。しかしながら、 本発明の電界ひずみ要素によってもたらされる改良は、たとえばＸ線源または核 融合反応装置（たとえば重水素５０％、トリチウム５０％の混合気を用いて）の ような他の用途にも適用することができる。後者の場合、中性子の発生量は重水 素の充填だけによる中性子発生量に比較して１００倍も増加するが、この装置は トリチウムに関連する放射能レベルの点において欠点を存する。

本発明は、非常に強い中性子源が要求される場合に特に有利である。本発明はま たメガアンペア、マイクロ秒の開路スイッチとしても適用できる。

本発明の電界ひずみ要素の形状を正確なものとすることは特に重大なものではな い。たとえばこれを、第３Ａ図に示した外部絶縁体面３３から一定距離を隔てて ブリーチ壁から軸線方向に延びる複数本の各別のビンで形成することもできる。

この場合３６本のビンを均等に分布させるものとすることができる。他の実施例 を第３八図ないし第３Ｅ図に示した。これらに図示した実施例はそれぞれ取付の やり方が異なる　（リングのねじ込み、各別のビンのねじ込みないしはボルト止 め）。

この電界ひずみ要素は導電材料から作られており、ブリーチ壁にボルト止めされ るか、または任意の他の取付手段によってブリーチ壁に取り付けられるか、さら には背板そのものの一部分である突出部として形成されてもよい。ここに示す好 適な実施例においてはブリーチ壁９から軸線方向に延びるその長さは２ないし１ ４■、好適には３ないし１２■である。

適宜の円形のナイフェツジは導電材料の円筒体（たとえば金属パイプのセグメン ト）で形成される。すなわちその壁厚を前端部（マズル側）に向うにつれ減少さ せるのである。ブリーチ側におけるこの電界ひずみ要素の壁厚は重大なものでは なく、電界ひずみ要素を、外側電極を固定するプラズマ集束背板に取付ける手段 を収容できるように選定するのみである。電極軸線を含む平面における電界ひず み要素の横断面はまた三角形とするか、または曲がった側部を有する三角形形状 （第３図参照）とする。前述のように、ナイフェツジの長さは２ないし１４ｘｘ 、最適には３ないし１２ｘｉの範囲で選択することができる。ここでは図示のプ ラズマ集束装置に対し７■の長さのナイフェツジを選んだ。これよりも長い長さ とすることは絶縁体スリーブ１７の長さをブリーチ壁から計って約５５ｘｘとい う好適値から短くすることと等価となる。このようにするとプラズマ焦点最適条 件を減する。

本発明の好適な電界歪み要素２５はプラズマ集束装置の電極間ギャップ内にある 金属挿入体を包含する。これら金属挿入体はブリーチにおいて絶縁体スリーブ上 でのブレークダウン時に最初の電流分布を尖鋭化する。

これはまた、電流シースを絶縁体スリーブからもち上げることからピンチ形成ま で、さらには開路スイッチとして用いられるプラズマ焦点の開放条件の時間限界 と一致しこれを定めるピンチブレークダウン段階までのすべての相続く段階にお ける電流シースの厚さに影響を与える。

ナイフェツジはまた、異なる低インダクタンス電極形状における電極間ギャップ の電流シースのランダウン相なしに、Ｚピンチ放電のような他の型式の大電流放 電においても都合よく用いることができる。この場合、ふたつの電極端部は互い に向き合って、放電のブレークダウンおよびオンセットはふたつの電極を分ける 絶縁体の表面に沿って起るものではなく、ふたつの電極のふたつの端部間の自由 空間において起る。これらＺピンチにおいてはカソードの前端部に取付けた円形 のナイフェツジの直径は、たとえば（ａ）放電のオンセット段階から始まる最大 電流密度を有するための最小直径、および（ｂ）ナイフェツジに拘束された電流 シースにおいて尖頭値となる放電のオンセットにおけるプラズマ電流分布の最小 インダクタンスを得るための比較的大きな直径のような相反する要求を最適化す るように選定することができる。最適半径の数値はエネルギ作動レベルに依存す る。

開路スイッチとしてのプラズマ集束装置の性能は、ピンチの最大圧縮段階におけ る罪衡突抵抗のサージの結果としてピンチが開離する割合から決定される。若干 ナノ秒間（１０ないし１００ナノ秒間）でピーク値の半分またはそれ以下に電流 が減少することは、プラズマ集束装置がメガアンペア級の大電流のための大電力 開路スイッチとして用いることができることを示している。

この型式のスイッチにより吸収されるエネルギ量はプラズマ集束パラメータを調 節することにより比較的少なくできる。スイッチの他の重要な特性、すなわちこ のスイッチが閉じている時間と開いている時間との割合はプラズマ焦点型のスイ ッチでは実質的に１０以上に大きくすることができる。メガアンペア級の作動電 流レベルにおいては、これは性能指数となる。開路スイッチとして用いる場合、 プラズマ集束装置はメガアンペア級の大電流が流れる回路内に配設され、一方の プラズマ集束電極から電流シースを通って他方のプラズマ集束電極へと電流が流 れるようにする。

薄い電流シースはブリーチにおけるブレークダウン中の当初条件から臨界的に生 ずる。開路スイッチとして作動させる目的のためには、薄い電流シースであるこ とが望ましい。その理由は薄い電流シースはピンチ中の例外的な（すなわち非衝 突の）抵抗サージを最適化し、スイッチの開路機能を左右するからである。これ に張り合う他の要因はたとえば絶縁体スリーブのアラトガスイングとか、プラズ マガス中の不純物濃度である。一般に、電極間電圧のおそい上昇は電流シース厚 さを増加せしめ、最終的には最終抵抗サージの大きさを制限し、このようにして 開路スイッチとして用いられるプラズマ集束装置の性能指数を制限する。

本発明の電界ひずみ要素をそなえることにより得られる改善は、充填圧、コンデ ンサバンク電圧、エネルギ、インダクタンスなどを同一の条件として行なった基 準となる一連のショットと比較した場合、一連の数千回のプラズマ焦点ショット における中性子発生量が増加することより確認することができる。この中性子発 生量の増加はピンチ抵抗サージ中のＤ−Ｄ中性子発生Ｉｌ／ショットＹｎの平均 値および最大値で確認される。

Ｙｎを、同様な条件下における多数回（約１０３回）のショットにおける電流の 時間に関する微分のピーク値と比較した場合、Ｙｎはこの微分のピーク値の定常 的に増加する関数であることがわかる。（プラズマ集束電極電流の時間微分値は プラズマ焦点主スィッチのギャップ近くの磁界プローブで測定される。）本発明 の電界ひずみ要素で観察されるＹｎの系統立った増加は電極間電流シースの対応 する変化（すなわちシース厚さ）によって決定される。従ってこΩシース厚さの 増大は、ピンチにおける例外的な（すなわち非衝突の）抵抗サージの強さのショ ットからショットへの再生産性に関係する。この再生産性はプラズマ集束装置を 反復モードで用いる時に必須である。反復モードにおいては多くの電流シースの 列にたったひとつの拡散シースがあることが、スイッチの開路機能の全シーケン スにマイナスの影響を与えることがある。

本発明においてはプラズマ集束システムのＹｎのショット対ショットからの動揺 は、他の条件を同一とすれば、ナイフェツジがない一連のショットに比較して５ 倍またはそれ以上増加し、小半径のナイフェツジ（タイトナイフェツジ）での一 連のショットと比較した場合２ないし３よりも大きな倍率で増加する。第４Ａ図 、第４Ｂ図および第４Ｃ図は従来の電界歪み要素（ａ）および本発明の電界ひず み要素（ｂ）についてＹｎの関数として特定のＹｎを達成するショットの数を示 すヒストグラムである。これらの図の左側に柱が集まることは本発明と比較して 従来例においては信頼性が劣ることを示している。

実験室のテストによると、タイトナイフェツジをそなえたプラズマ集束装置の性 能に比較して本発明の電界ひずみ要素をそなえたプラズマ集束装置の性能は著し く改善されたことがわかった。プラズマ集束電極ブリーチにおける好適なナイフ ェツジは以下の利点を有する。すなわち（ｉ）これは印加電圧一定の場合ブレー クダウン（電極間放電オンセット）領域における電界を増加せしめる利点がある 。また（ｉｉ）タイトナイフェツジの場合と比較すると本発明の電界ひずみ要素 の比較的大きい半径はブレークダウン段階およびこれ以後の相続く再衝突時に、 形成電流シースを絶縁体表面の上方にもち上げるという利点がある。このことは 絶縁体スリーブの表面から不純物イオンが放出されることを減ぜしめ、電気抵抗 を低い値に維持せしめ、ブレークダウン段階において電流シースの厚さが増加す ることを防止する。最初は薄く高密度の電流シースは放電の相続くすべての段階 において電流シースの全周にわたって非常に強い効果を有し、プラズマ集束の全 体性能を決定する。さらに、（ｉｉｉ）本発明の適用はガス容積を増大させ、こ の中でピークに近い値の電界がブレークダウン段階において電流キャリヤ（バッ クグラウンド電子および正イオン）を加速する。これはタイトナイフェツジのピ ーク電界容積と対照的である。タイトナイフェツジの場合にはその鋭いエツジ近 くの高電界領域の大部分は絶縁体スリーブの内側にある。（ｉｖ）ブレークダウ ン段階中の電流シースは最小インダクタンスの道すなわち絶縁体表面に非常に接 近したところに沿って形成される。

絶縁体表面からのナイフェツジの距離は上記（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の利点を 持たすために余り短くしてはならないが、最適値（典型的には２ないし４　ｘｉ ）をこえることはできない。最適値をこえると、オンセット電流シースの構造上 の致命的な影響が生ずる。これは絶縁体表面上の最小インダクタンス路からのガ ス中のオンセット電流チャンネルの距離ゆえである。

以上、本発明をその好適な実施例について詳述したが、本発明はこの実施例に限 定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しないで幾多の変化変形がなし得る ことはもちろんである。

ＦＩＧ、３Ａ ＦＩＧ、　４Ａ ＦＩＧ、　４８ 国際調査報告 ０・１１１１１−霊−（−ＰＩ−ム−””””ＫＴ／ＩＪＳ８Ｂ１０１１４２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　強いプラズマ集束を生じさせる同軸プラズマ加速器において、下記（ａ）な いし（ｇ）の構成要件をそなえたことを特徴とする同軸プラズマ加速器 （ａ）電極間ギャップによって互いに隔離された内側および外側の同軸の電極、 これら電極はマズル端部に対向するブリーチ端部との間でランダウン相の終りに おいて電流シースを収れんし集束せしめるようにしたマズル端部を有する、 （ｂ）前記電極間に配設された絶縁材料のスリーブ、このスリーブは前記内側の 電極に近接して取り囲む、（ｃ）前記電極を取り囲むガス充填タンク、このガス は１ないし１０トールの圧力の重水素を包含する、（ｄ）前記同軸の電極間に電 力伝導線路によって接続された低インダクタンス電源、この電源は前記電極との 間の前記電力伝導線路中に少なくともひとつの低インダクタンススイッチを包含 し前記電極間にメガアンペア、マイクロ秒の放電を生じさせ得る、（ｅ）前記内 側の電極の直径は少なくともその軸線方向長さにほぼ等しい、 （ｆ）前記電源はこの電源のインダクタンス、前記電力伝導線路のインダクタン スおよび前記低インダクタンススイッチのインダクタンスを包含する前記同軸の 電極のインダクタンスに本質的に等しいインピーダンスを有する、 （ｇ）前足同軸の電極のブリーチ端部において前記電極間ギャツブに設けられた 電界ひずみ装置、この電界ひずみ装置は円形横断面を有する円筒形のナイフエッ ジと比較的厚い基部とを包含し１ないし４ｍｍだけ前記絶縁体スリーブの外面か ら離して前記外側の電極の前記ブリーチ側に電気的に接続してある、前記ナイフ エッジは導電材料で作られマズル側に向うにつれ減少する壁厚、直線または曲線 状の側部を有する前記電極を包含する平面における三角形の横断面、および２な いし１４（３−１０）ｍｍの長さを有する。 ２　下記（ａ）ないし（ｅ）の構成要件を有するプラズマ集束装置 （ａ）電極間ギャップにより互いに隔離された内側および外側の同軸の電極、こ れら電極はマズル端部に対向するブリーチ端部との間で電流シースを収れんし集 束せしめるようにしたマズル端部を有する、（ｂ）前記電極間に配設された絶縁 材料のスリーブ、このスリーブは前記内側の電極に近接して取り囲む、（ｃ）前 記電極を取り囲むガス充填タンク、（ｄ）前記同軸の電極間に電力伝導線路によ って接続された低インダクタンス電源、この電源は前記電源との間の前記電力伝 導線路中に少なくともひとつの低インダクタンススイッチを包含し、前記電極間 にメガアンペア、マイクロ秒の放電を生じ得る、（ｅ）前記同軸の電極のブリー チ端部において前記電極間ギャップに設けられた電界ひずみ装置、この電界ひず み装置は１ないし４ｍｍだけ前記絶縁体スリーブの外面から離して前記外側の電 極の前記ブリーチ側に電気的に接続されている、またこの電界ひずみ装置は導電 材料を包含する。 ３　請求の範囲２に記載の発明において、前記ガスが重水素を包含することを特 徴とする発明。 ４　請求の範囲２に記載の発明において、前記ガスが１ないし１０トールの圧力 であることを特徴とする発明。 ５　請求の範囲２に記載の発明において、前記内側の電極の直径が少なくともそ の軸線方向長さにほぼ等しいことを特徴とする発明。 ６　請求の範囲２に記載の発明において、前記内側の電極の直径がその軸線方向 の長さよりも短いことを特徴とする発明。 ７　請求の範囲２に記載の発明において、前記電源が、この電源のインダクタン ス、前記電力伝導線路のインダクタンスおよび前記低インダクタンススイッチの インダクタンスを包含する前記同軸の電極のインダクタンスに基本的に等しいイ ンピーダンスを有することを特徴とする発明。 ８　請求の範囲２に記載の発明において、前記電界ひずみ装置がマズル側に向う につれ減少する壁厚と２−１４（３−１０）ｍｍの長さとを有することを特徴と する発明。 ９　強いプラズマ集束を生じさせる同軸プラズマ加速器において、下記（ａ）な いし（ｇ）の構成要件をそなえたことを特徴とする同軸プラズマ加速器 （ａ）電極間ギャップによって互いに隔離された内側および外側の同軸の電極、 これら電極はマズル端部に対向するブリーチ端部との間でランダウン相の終りに おいて電流シースを収れんし集束せしめるようにしたマズル端部を有する、 （ｂ）前記電極間に配設された絶縁材料のスリーブ、このスリーブは前記内側の 電極に近接して取り囲む、（ｃ）前記電極を取り囲むガス充填タンク、このガス は１ないし１０トールの圧力の重水素を包含する、（ｄ）前記同軸の電極間に電 力伝導線路によって接続された低インダクタンス電源、この電源は前記電極との 間の前記電力伝導線路中に少なくともひとつの低インダクタンススイッチを包含 し前記電極間にメガアンペア、マイクロ秒の放電を生じさせ得る、（ｅ）前記内 側の電極の直径は少なくともその軸線方向長さにほぼ等しい、 （ｆ）前記電源はこの電源のインダクタンス、前記電力伝導線路のインダクタン スおよび前記低インダクタンススイッチのインダクタンスを包含する前記同軸の 電極のインダクタンスに本質的に等しいインピーダンスを有する、 （ｇ）前記同軸の電極のブリーチ端部において前記電極間ギャップに設けられた 電界ひずみ装置、この電界ひずみ装置は電極軸線に直交する平面内で円形横断面 を有する円筒形のナイフエッジと比較的厚い基部とを包含し１ないし４ｍｍだけ 前記絶縁体スリーブの外面から離して前記外側の電極の前記ブリーチ側に電気的 に接続してある、前記ナイフエッジは導電材料で作られマズル側に向うにつれ減 少する壁厚、直線または曲線状の側部を有する前記電極を包含する平面における 三角形の横断面、および２ないし１４（３−１０）ｍｍの長さを有する。 １０　大電流、典型的には数メガアンペアの大電流を遮断する方法において、（ ａ）請求の範囲２ないし８に記載のプラズマ集束装置の電極間に外部電源から大 電流を加え、（ｂ）前記プラズマ集束装置を働かせてプラズマシースのピンチイ ンを行なわせることを特徴とする方法。 １１　請求の範囲８に記載の発明において、前記電界ひずみ要素が前記電極軸線 を含む平面において三角形の横断面を有することを特徴とする発明。 １２　請求の範囲８に記載の発明において、前記電界ひずみ要素が直線状の側部 を有することを特徴とする発明。 １３　請求の範囲８に記載の発明において、前記電界ひずみ要素が曲線状の側部 を有することを特徴とする発明。 １４　請求の範囲１ないし９および１１ないし１３に記載の発明において、前記 装置が、前記電極の軸線上で会合する鋭く限界された前側部を有する電流シース を発生し、これにより前記軸線に沿って注入された荷電粒子ビームの集束用のパ ルス化磁気レンズとして機能するようにしたことを特徴とする発明。 １５　請求の範囲１ないし９および１１ないし１３に記載の発明において、前記 装置が、前記電極の軸線上で会合する鋭く限界された前側部を有する電流シース を発生し、これにより前記軸線に沿って注入された荷電粒子ビームの中和用のパ ルス化磁気レンズとして機能するようにしたことを特徴とする発明。 １６　請求の範囲１ないし９および１１ないし１３に記載の発明において、前記 装置が放電室を有し、この中で強い軸線方向のピンチを発生するようにし、これ より、前記放電室内に活性化しようとする原子核を有するガス混合物が充填され ている時前記ピンチ内における短寿命の放射能を有する同位元素の産生を強める ようにしたことを特徴とする発明。 １７　請求の範囲１ないし９および１１ないし１３に記載の発明を包含するリト グラフィ用のＸ線源。 １８　請求の範囲１ないし９および１１ないし１３に記載の発明において、この 発明を形成する軸線方向のピンチ内に形成された強い中性子源の強度および全放 出量を増加せしめ、この中性子源の容積を中性子ラジオグラフィに用い得るよう に減少せしめたことを特徴とする発明。