JPH0425680Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は例えば核融合炉用炉材、高速増殖炉用
炉材の中性子損傷試験或いはその他の材料の軽イ
オン照射下のクリープ試験等に使用するビーム電
流分布均一化マグネツト装置に関する。

〔従来の技術〕

核融合炉用炉材、高速増殖炉用炉材の中性子損
傷のシミユレーシヨンとして、サイクロトロンよ
り射出する軽イオンによる照射下クリープ試験が
行われている。

この照射下クリープ試験は、一定温度、一定荷
重のもとで試料に軽イオンビームを照射し、軽イ
オンビームを照射しない場合（熱クリープのみ）
との、試料のクリープ速度の差異を検出すること
により、軽イオン照射下の材料クリープ特性を得
ることを目的としている。この材料クリープ特性
は、温度に最も敏感なために、試料の温度制御が
重要となる。この試験では、試料中心から発する
赤外線の波長を検出し、その温度特性から試料温
度を求め、これを試料加熱電源にフイードバツク
することにより、温度制御を行つている。しかし
ながら上記サイクロトロンから取り出される軽イ
オンビーム１は、ビーム輸送系四極電磁石群の集
束作用によりビーム電流分布はガウス分布とな
る。このようなガウス分布をした軽イオンビーム
を試料に照射した場合、試料中心付近の温度は、
試料端の温度に比べて上昇する。したがつて、試
料に与える加熱を実際よりも小さく制御し、熱ク
リープのみの場合よりも試料の平均温度は低下す
るために、軽イオン照射によるクリープが見かけ
上小さくなる。この理由により、ビーム電流分布
がガウス分布の場合には、精密な軽イオン照射下
クリープ試験は困難であつた。

軽イオン照射下クリープ試験において、照射ビ
ーム電流分布は照射試料面で均一であることが要
求される。

かかる目的を達成するため、本件出願人は既に
特願昭58−83130号で加速器より取り出され、ビ
ーム輸送系により輸送されるガウス分布のビーム
電流分布を台形分布のビーム電流分布に変換する
ビーム電流均一化マグネツト装置を提案した。こ
れは第２図イ示のようにビーム１の進行方向に第
１の磁石２と第２の磁石３を前後２段に配置し、
これら第１の磁石２と第２の磁石３にはそれぞれ
ビームのピークの半部を夫々端の方にそらせるピ
ーム分散用の磁極片２ａ，３ａを設け、更に上記
第１の磁石２と第２の磁石３には夫々ビームの端
部を夫々中心に向かつてそらせる端寄せ用の磁極
片２ｂ，３ｂを設けたものである。

前段、後段の各磁石２，３の励磁電流は互いに
逆向きに流され、従つて磁場の極性は互いに逆に
なつており、前段、後段を通じて、ビームに働く
力が第２図イ矢印で示すようにビーム中心のピー
ク付近で発散性、ビーム端付近で集束性を持つよ
うにするものである。なお電磁石の代わりに永久
磁石を用いてもよい。かかる第１及び第２の磁石
２，３においてビーム１のｘ方向の磁場分布は第
２図ロ示の曲線Ｐのように中心が凹んだものとな
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながらこれでもビーム１の中心付近の磁
場は未だ強過ぎ、台形関数的分布をしたビームに
変えるには不充分であつた。

本考案はかかる問題を解決するもので、永久磁
石を磁極片の形成する磁力線を減らす様に、磁極
片間に挿入する事で、磁場分布により大きな凹凸
を作り、ビームの電流分布を効果的に台形関数的
分布にするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、ビームの進行方向に第１の磁石と第
２の磁石を前後２段に配置し、これら前段、後段
の磁石の各磁極片の位置はビームの電流分布方向
において互いにずれた位置に配置され、その磁場
は各磁極片の領域のみで部分的に高く、前段、後
段の各磁石の磁極は互いに逆向きでそれらの磁場
の極性は互いに逆になつており、前段、後段を通
じて、前段の磁石はビームの半部に働く力がビー
ム中心のピーク付近で発散性、ビーム端付近で集
束性を持つようにし、後段の磁石はビームの残り
の半部に働く力がビーム中心のピーク付近で発散
性、ビーム端付近で集束性をもつようにし、これ
によつてこれら前段と後段の磁石は夫々ビームの
ピークの半部を夫々端の方にそらせるピーク発散
用の磁極片と夫々ビームの端部を夫々中心に向か
つてそらせる端寄せ用の磁極片とを構成し、上記
磁極片の間には極性の異なる永久磁石を磁極片の
形成する磁界を減らすように挿入してなることを
特徴とするビーム電流分布均一化マグネツト装置
である。

以下図面につき本考案を説明すると、第１図イ
示のような永久磁石４，５を夫々第１の磁石２と
第２の磁石３の各磁石片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ
間に磁力線を減らすような向きに挿入したもので
ある。

〔作用〕

上記永久磁石４，５を挿入することによつてビ
ーム１のｘ方向磁場分布は第１図ロ示の曲線Ｑの
ように中心が更に凹んだものとなり、結果的にそ
の電流分布を台形分布にすることができる。

〔実施例〕

以下第３図以降の図面につき、本考案の一実施
例を詳細に説明する。第１と第２の電磁コイル２
ｃ，３ｃは略同じ構成であるので、第４，５図は
電磁コイル２ｃの例のみを示す。

第３図示のように、サイクロトロンの加速箱６
より射出する帯状軽イオンのビーム１はその出口
よりアルミニウム等の非磁性体よりなる矩形状の
ダクト７を通し、本考案による装置８を通してタ
ーゲツト９に案内する。このターゲツト９に例え
ば軽イオン照射下でクリープ試験を行うための上
下方向に荷重した試料をおくものとする。

第４図示のように上記ダクト７の両側にはその
ビーム１の進行方向に向かつて第１及び第２の電
磁コイル２ｃ，２ｃ，３ｃ，３ｃを前後２段に順
次設けて、これら第１及び第２の電磁コイル２
ｃ，２ｃ，３ｃ，３ｃを固定すると共に互いに逆
向きに直流電流を流す。第４図では前段の第１の
電磁コイル２ｃのみを示すが、後段の第２の電磁
コイル３ｃも全く同じ構造で、これらの電磁コイ
ル２ｃ，３ｃは磁界が互いに干渉しないだけ、前
後方向に離間させる。

第４，５図示のように、上記第１の電磁コイル
２ｃ，２ｃの中心のヨーク１３，１３のダクト７
に対向する面には上下方向に伸びるあり溝１４，
１４をレール１５，１５により夫々形成し、これ
らのあり溝１４，１４には夫々上下の磁極片２
ａ，２ａ，２ｂ，２ｂを上下動すべく嵌合する。

上記上下の磁極片２ａ，２ａ，２ｂ，２ｂには
夫々上下の調節棒１８，１８，１９，１９の下端
及び上端に回動するが、上下には拘束するように
連結し、これらの上下の調節棒１８，１８，１
９，１９は夫々ヨーク１３，１３に上下動しない
ように支持したギヤ２０，２０，２１，２１の中
心螺孔に螺合し、それらのギヤ２０，２１は夫々
ギヤ２２，２２，２３，２３を介して磁極片２
ａ，２ｂ上下駆動用のモータ２４，２５に連結す
る。

第５図示のように第１の電磁コイル２ｃの上の
磁極片２ａ，２ａはピーク分散用の磁極で、ビー
ム１中心のピークより僅かに上に対向するよう位
置させ、また下の磁極片２ｂ，２ｂは端寄せ用の
磁極で、ビーム１の下端に対向するように位置さ
せる。第２の電磁コイル３ｃの下の磁極片３ａ，
３ａはピーク分散用の磁極で、ビーム１中心のピ
ークより僅か１に対向するように位置させ、また
上の磁極片３ｂ，３ｂは端寄せ用の磁極で、ビー
ム１の上端に対向するように位置させる。

上記磁極片２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの間には永
久磁石４，５を夫々の磁極片２ａ，２ｂ，３ａ，
３ｂに対し逆向きの極性で第４図示の調節棒２
６，２６により上下動すべく設け、これらの調節
棒２６は同様の雌螺孔を有するギヤを介して第５
図示の永久磁石駆動モータ２７，２７に連結す
る。

第４，５図示のように上記第１と第２の電磁コ
イル２ｃ，３ｃの中心とのヨーク１３，１３より
外方に螺杆２８，２８を連結し、これらの螺杆２
８は軸方向に動かないように支持したギヤ２９の
雌螺孔に螺合すると共にこのギヤ２９はギヤ３０
を介してポール駆動用のモータ３１に連結する。

次にこの装置の動作を説明する。

サイクロトロンの加速箱６より射出した軽イオ
ンのビーム１は帯状で、第６，８図の曲線ａで示
すようにその強度は上下方向にガウス分布してお
り、その強度分布は中心近くが強く、その上下の
周辺に到るに従つて弱くなつている。

而してこのビーム１が第１の電磁コイル２ｃの
磁極片２ａ，２ｂ間を通過すると第６図示のよう
なその磁界h₁がビーム１の部分的領域に作用し、
そのピークの上半分と下端に同図矢印のような上
向きの力を与える。したがつて上の磁極片２ａの
磁界によりビーム１のピークの上半部が上方にそ
らされてそのピークが分散され、また下端の磁極
片２ｂの磁界によりビーム１の下端が上方にそら
されて下端のビームは中心に寄る。したがつてビ
ーム１の強度分布は第７図の曲線ｂのようにな
る。

次にビーム１が第２の電磁コイル３ｃの磁極片
３ａ，３ｂ間を通過すると第７図示のような磁界
h₂がビーム１の部分的領域に作用し、その磁界の
向きは前記磁界h₁の向きとは反対となるので、そ
のピークの下半部と上端に同図点線矢印のような
下向きの力を与える。したがつて下の磁極片３ａ
によりビーム１のピークの下半部が下方からそら
されてそのピークが分散し、また上端の磁極片３
ｂの磁界によりビーム１の上端が下方にそらされ
て上端のビームは中心による。したがつてビーム
１の強度分布は第８図示の曲線ｃのように平坦な
台形分布となる。

したがつてビーム１における照射試料の負荷荷
重方向（クリープ方向）の電流分布をガウス分布
から台形分布に補正することができるものであ
る。

〔実験例〕

第９，１０図は従来と本考案の実験例を示すも
ので、第９図は第２図の磁石２において磁極片２
ａ，２ｂ間の距離を20mm、ギヤツプ30mmにした場
合の磁場分布を示す。曲線P₁は電流20A、曲線P₂
は電流8Aの場合である。

第１０図は第１図示のように磁石２において永
久磁石４を挿入した場合で曲線Q₁が電流20A、曲
線Q₂は電流8Aの場合である。曲線P₁とQ₁、曲線
P₂とQ₂の比較から明らかなように本考案では従
来よりもピークにおける谷が深くなるので、本考
案の方が効果的にピークを減少でき、したがつて
ビームの電流分布を効果的に台形分布にできるも
のである。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば各前段、後段の磁
石の磁極片の位置の違いにより、ビームは前段、
後段磁石を通じてビーム中心のピーク付近は発散
性、ビーム端付近は集束性となるような力を受
け、更に上記磁極片間に挿入した永久磁石は更に
中心ピーク部分のピークを減少させるように作用
するので、更に効果的にガウス分布のビーム電流
分布を台形分布のビーム電流分布にできるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図イは本考案の原理を示す説明図、ロはそ
のビームにおける磁場分布図、第２図イは従来の
装置の説明図、ロはその磁場分布図、第３図は本
考案を適用したサイクロトロンの平面図、第４図
は第３図Ａ−Ａ線断面における端面図、第５図は
その斜視図、第６図はその第１の電磁コイル部分
における磁界とビームの強度分布の関係を示す説
明図、第７図はその第２の電磁コイル部分におけ
る磁界とビームの強度分布を示す説明図、第８図
は本考案によるビームの強度分布を示すグラフ、
第９，１０図は従来と本考案の磁気による磁場の
分布の実験結果を示すグラフである。 １……ビーム、２，３……第１、第２の磁石、
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ……磁極片、４，５……
永久磁石。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ビームの進行方向に第１の磁石と第２の磁石を
   前後２段に配置し、これら前段、後段の磁石の各
   磁極片の位置はビームの電流分布方向において互
   いにずれた位置に配置され、その磁場は各磁極片
   の領域のみで部分的に高く、前段、後段の各磁石
   の磁極は互いに逆向きでそれらの磁場の極性は互
   いに逆になつており、前段、後段を通じて、前段
   の磁石はビームの半部に働く力がビーム中心のピ
   ーク付近で発散性、ビーム端付近で集束性を持つ
   ようにし、後段の磁石はビームの残りの半部に働
   く力がビーム中心のピーク付近で発散性、ビーム
   端付近で集束性をもつようにし、これによつてこ
   れら前段と後段の磁石は夫々ビームのピークの半
   部を夫々端の方にそらせるピーク発散用の磁極片
   と夫々ビームの端部を夫々中心に向かつてそらせ
   る端寄せ用の磁極片とを構成し、上記磁極片の間
   には極性の異なる永久磁石を磁極片の形成する磁
   界を減らすように挿入してなることを特徴とする
   ビーム電流分布均一化マグネツト装置。