JPH02215099A

JPH02215099A - イオン加速電極板の製作方法

Info

Publication number: JPH02215099A
Application number: JP1035048A
Authority: JP
Inventors: Satoru Asai; 知浅井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-16
Filing date: 1989-02-16
Publication date: 1990-08-28

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、核融合装置の中性粒子入射装置や能動粒子線
入射装置等に用いられるイオン源における高冷却性能を
有したモリブデン製のイオン加速電極板の製作方法に関
する。

（従来の技術）核融合装置の中性粒子入射装置は、高エネルギの中性粒
子ビームを外部から核融合装置内のプラズマ中へ入射し
、加熱する装置である。この中性粒子ビームを生成する
もとになるイオン源は、水素ガス中でアーク放電を行う
ことによりプラズマを生成し、その中のイオンを高電圧
を印加した電極で加速し、高速水素イオンビームを発生
させる装置であり、この水素イオンビームが電子を付着
され、中性化し入射ビームとなる。（参考文献、核融合
研究開発の現状、１９８５年、日本原子力研究所発行）このイオンビームを加速する電極板は、高融点材料のモ
リブデンから成り、第７図、第８図に示すようにイオン
を通過する無数のビーム穴（５）を設けた構造となって
いる。尚、第７図のビーム穴（５）の１部は中心線で位
置を示している。さらに、イオンビームの衝突などによ
る加熱損傷を防止する為、モリブデン平板（３）の周囲
に銅パイプ（９）をろう材（１０）でろう付し、水冷し
た構造が用いられている。

これらは、プラズマ中心部の温度測定を行う能動粒子線
入射装置のイオン加速電極板も同様の構造がとられてい
る。

（発明が解決しようとする課題）近年、上記中性粒子入射装置等の高性能化に伴い、イオ
ン源の高出力化、さらにビーム出力時間の長パルス化が
要求されており、イオン加速電極板の耐久化が問題とな
っている。これらの長パルス化、高出力化により、モリ
ブデン平板への加熱負荷が高くなることから１周囲を冷
却した従来構造では、冷却効果が不十分で、ビーム穴周
囲を直接冷却するように高冷却性能構造が必要となる。

しかしながら、ビーム穴間隔は狭く、冷却用水路を設け
るには、１〜２ｍ園の幅しか許容出来ない為、水冷鋼パ
イプを表面に取り付けることは製作上困難である。さら
に、こうした水路をパイプ等のろう付で行なった場合、
ろう材に含まれる蒸気圧の高い元素が、加熱中に蒸発し
、装置内の真空度を劣化させる欠点を有している。

また、モリブデンは溶接性が悪く１割れが生じやすい点
のみならず、１１００〜１２００℃以上に加熱されるこ
とにより、再結晶化し、脆化する問題が有る為、溶融溶
接による製作は信頼性に欠ける問題がある。

また、モリブデン同志の拡散接合は、再結晶温度以下で
は不可能であり、またニッケルをインサート材として挿
入した場合、再結晶温度以下で接合可能であるものの、
モリブデン−ニッケル界面に脆い化合物層が生じる問題
が有る。さらに、他のインサート材料たとえば銅などで
は、接合はするものの、モリブデンとの拡散反応は行わ
れず、接合部は気密性に劣る問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ビーム穴
近傍を任意に冷却出来る冷媒通路を有し、冷却性能が高
く、耐久性に優れたモリブデン製のイオン加速電極板の
製作方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記課題を解決するために、本発明においては、モリブ
デン板にあらかじめ冷媒通路用の溝を設けた溝付モリブ
デン板を製作しておき、その上にチタンを介してモリブ
デン平板を重ね、これらをモリブデンの再結晶温度以下
の９００〜１１００℃の温度範囲、１．０〜３．０ｋｇ
ｆ／ｍｉ＋”の面圧範囲の条件下で拡散接合した後、ビ
ーム穴を加工により設けることを特徴とするものである
。

（作　用）本発明によれば、あらかじめモリブデン板に冷媒通路用
冷却溝を加工して溝付モリブデン板を製作することから
、任意の冷却経路、ならびに微小な断面積を有する冷媒
通路を設けることが可能な為、冷却性能の向上がはかれ
る。さらに、拡散接合にて、モリブデン平板が表面に取
り付けられる為、冷媒通路の気密性は確保され、接合面
が表面に露出しない利点がある。

一方、チタンは変態点（約８８２℃）以上ではモリブデ
ンとは拡散固溶し、ニッケルのような脆化層を生ずるこ
となく接合可能であり、モリブデンの再結晶温度の１１
００℃以下で接合出来る。

（実施例）実施例１以下１本発明の第１の実施例について第１図ないし第３
図を参照して説明する。

第１図は、冷媒（この場合は水）を流す１．５ｖａ幅、
１朧肩深さの冷却溝（４）を設けた溝付モリブデン板（
１）上に５μの厚さのチタン箔（２）を介して０．５ｍ
ｍ厚さのモリブデン平板（３）を重ね、真空中でホット
プレス装ＷＥ（図示せず）を用いて拡散接合により一体
化したものを示している。この拡散接合時の処理温度は
９５０℃、保持時間は０　、５Ｈｒ、圧力は接合面積に
対し面圧１．５ｋｇｆ／ａｍ”、真空度は１×ＩＰ’　
ｔｏｒｒである。

この拡散接合部の密着強度は、冷却水の水圧に対しはる
かに高い値である。また、気密性は冷却水路を真空に引
き、外部からヘリウムガスを吹きつけたヘリウムリーク
テストにて１×１０″″’ｔｏｒｒｉ／ｓｅｅ以下の十
分な気密性を有していた。

第２図は、上記一体化されたモリブデン板を機械加工に
て直径が６〜８■で、無数と云われる程に多数のビーム
穴（５）を明け、また、冷却溝（４）に連通ずる冷媒出
入口穴（６）を明けて製作したイオン加速電極板を示す
、この場合、ビーム太端と冷却溝の距離は最も近いとこ
ろで０．６履履であった。

この拡散接合は、液相を生じることなく固相状態で行わ
れる為、電極板のあらかじめ設けた冷却溝が接合時に埋
まるようなこともない。

また、拡散接合条件としては、加圧力が拡散反応を促進
する要因となり、接合面粗さが小さい程、反応は容易に
行われ、加圧力も小さくてすむ、しかし、イオン加速電
極板のようにモリブデン板が０．５〜２−園と薄いもの
に対しては、変形の問題から表面の精密加工、研磨を行
うことが困難であり、まらに接合部には、耐気密性が要
求されることがら、面圧１　ｋｇｆ／ｍｍ″以上の加圧
力が必要となる。

ただし、面圧が３　ｋｇｆ／重量２をこえるとモリブデ
ンの変形率が大となり、冷却溝が変形し、所定断面積の
冷媒通路を設けることが出来ない３以上から、本実施例
の製作方法において、拡散接合条件は、第６図に示すよ
うに温度９００〜１１００”Ｃ１圧カ１，０〜３、Ｏｋ
ｇｆ／ａｍ”の範囲にて可能となる。

また、本実施例では、チタンを介してモリブデン板を接
合するが、チタンが非磁性材であることから、チタン層
が残存しても電場に影響を与えず。

ビーム出力の効率を落とすことがない利点も有している
。

このようにすると拡散接合条件が前述の第６図の接合可
能条件範囲に納まるので、ビーム穴（５）近傍を任意に
冷却出来る冷媒通路を有し、冷却性能が高く、耐久性に
優れたモリブデン製のイオン加速電極板の製作方法とな
る。

実施例２第４図に示す第２の実施例は、電極板の直径が３４０ｍ
ｍ程度と大きい場合で、冷却溝（４）とビーム穴径の６
〜８■履よりも約ｌａｍ小さい下穴（７）を設けた溝付
モリブデン板（１）と、接合面にイオンブレーティング
にてチタン皮膜（８）を５μの厚さに形成し、下穴（７
）を有するモリブデン平板（３）を重ね、拡散接合した
ものである。この場合、電極板の直径が３４０■−程度
と大きい為、接合面圧を１．５ｋｇｆ／−腸２で行える
ようにあらかじめ下穴（７）加工を施している。接合後
、下穴をオーバーサイズし、ビーム穴（５）を設け、電
極板を製作した。

このようにすると、大直径の電極板でも簡単に接合面圧
を所定の大きさにすることが出来る他、実施例１と同様
な作用効果が得られる。

実施例３第５図に示す第３の実施例は、冷却１（４）をビーム穴
（５）の周囲に位置するように設けた溝付モリブデン板
（１）とモリブデン平板（３）とを実施例１と同様な接
合条件で拡散接合し、その後、ビーム穴（５）を機械加
工にて明けて製作したものである。

このようにすれば任意の水路を設けることが可能であり
、高冷却性能電極板を製作することが出来る他、実施例
１と同様な作用効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、冷却水路をビーム六周囲に精密
かつ任意な位置に設けることが可能であり、さらにチタ
ンを介して再結晶温度以下で接合一体化される為にモリ
ブデンを脆化させることなく、高い密看度を有した接合
体を与えるこが出来る。

したがって本発明によれば、モリブデンから成る電極板
に高い冷却性能を与えることが出来、電極板の耐久性を
向上させるイオン加速用電極板の製作方法となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の第１の実施例にて製作途中のイ
オン加速電極板の状態を示す要部拡大断面図、第２図は
第１図のものにビーム穴を明けた状態を示す要部拡大断
面図、第３図は第２図の上面図、第４図は第２の実施例
にて製作途中の電極板の状態を示す要部断面図、第５図
は第３の実施例にて製作した電極板を示す上面図、第６
図は本発明の拡散接合条件範囲を示す模式図、第７図は
従来の電極板を示す上面図、第８図は第７図の要部拡大
断面図である。１・・・溝付モリブデン板　　　　　２・・・チタン箔
３・・・モリブデン平板４・・・冷却溝５・・・ビーム穴６・・・冷媒出入口穴７・・・下穴８・・・チタン皮膜

Claims

【特許請求の範囲】

核融合装置の付属設備である中性粒子入射装置や能動粒
子線入射装置等に用いられ、モリブデンから成るイオン
加速電極板の製作方法において、冷媒通路用の溝を設け
た溝付モリブデン板上に前記溝を覆いチタンを介してモ
リブデン平板を重ね、９００〜１１００℃の温度範囲と
１．０〜３．０ｋｇｆ／ｍｍ＾２の面圧範囲の加圧条件
下で拡散接合を行い、溝付モリブデン板とモリブデン平
板を一体化固着させ、その後、ビーム穴加工を行うこと
を特徴とするイオン加速電極板の製作方法。