JPH04337496A - Neutral particle injection device of nuclear fusion device - Google Patents

Neutral particle injection device of nuclear fusion device

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JPH04337496A
JPH04337496A JP3110158A JP11015891A JPH04337496A JP H04337496 A JPH04337496 A JP H04337496A JP 3110158 A JP3110158 A JP 3110158A JP 11015891 A JP11015891 A JP 11015891A JP H04337496 A JPH04337496 A JP H04337496A
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plasma
neutral particle
particle injection
injection device
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岡▲ざき▼ 隆司
Michio Otsuka
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    • G21B1/15Particle injectors for producing thermonuclear fusion reactions, e.g. pellet injectors
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Abstract

PURPOSE:To increase current driving efficiency and attain a high efficient current drive with a small-sized neutral particle injection device by providing a high frequency ripple oscillator of an ion-ion collision frequency or more on the electrode voltage of an ion source accelerating part to spread a beam energy. CONSTITUTION:A high frequency ripple of an ion-ion collision frequency or more is put on the electrode voltage of an ion source accelerating part. As the frequency of a high frequency oscillator of an electrode voltage applying power source 22 having the high frequency oscillator, for example, 1kHz is selected. At the time of generating an ion beam, the high frequency ripple of 1kHz is put on the electrode voltage of the ion source accelerating part to oscillate the electrode voltage, whereby ions having various energies, or ion beams having a spread of beam energy are generated. Thus, ion current driving efficiency is increased.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は中性粒子ビームを用いた
電流駆動の効率向上に好適な核融合装置の中性粒子入射
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neutral particle injection device for a nuclear fusion device suitable for improving the efficiency of current drive using a neutral particle beam.

【0002】0002

【従来の技術】周知のように、核融合装置の中性粒子入
射装置は、プラズマ加熱あるいは電流駆動用として、プ
ラズマに中性粒子ビームを入射するものである。図2に
、従来の中性粒子入射装置の構成を示す。図2において
、1はプラズマセンタ、2はドリフトダクト、3はフレ
キシブルジョイント、4は中性子シャッタ、5はゲート
バルブ、6はカロリメータ、7はイオンダンプ、8はク
ライオポンプ、9は中性子遮蔽体、10は磁気遮蔽体、
11は中性化セル、12はビームモニタ、13は収縮タ
ーゲット、14は加速部、15はイオン(重水素)ソー
ス生成部、16はクライオポンプ、17はビーム軌道制
御部、18はビームプロファイル制御部である。
2. Description of the Related Art As is well known, a neutral particle injection device for a nuclear fusion device injects a neutral particle beam into plasma for plasma heating or current driving. FIG. 2 shows the configuration of a conventional neutral particle injection device. In FIG. 2, 1 is a plasma center, 2 is a drift duct, 3 is a flexible joint, 4 is a neutron shutter, 5 is a gate valve, 6 is a calorimeter, 7 is an ion dump, 8 is a cryopump, 9 is a neutron shield, 10 is a magnetic shield,
11 is a neutralization cell, 12 is a beam monitor, 13 is a contraction target, 14 is an acceleration unit, 15 is an ion (deuterium) source generation unit, 16 is a cryopump, 17 is a beam trajectory control unit, and 18 is a beam profile control unit. Department.

【0003】イオン(重水素)ソース生成部15で生成
したビームイオンは、加速部14で加速され、中性化セ
ル11を通って、中性化して中性粒子ビームとなって、
プラズマセンタ1へと移動していく。中性化しなかった
ビームイオンはイオンダンプ7で回収される。
The beam ions generated in the ion (deuterium) source generation section 15 are accelerated in the acceleration section 14, pass through the neutralization cell 11, and are neutralized to become a neutral particle beam.
Move to plasma center 1. The beam ions that have not been neutralized are collected by the ion dump 7.

【0004】この中性粒子ビームを用いた電流駆動では
、電流駆動効率dを上げるために、負イオン源中性粒子
入射装置を用いてビームエネルギを1MeVオーダまで
上げる事が考えられていた。電流駆動効率は     
             d=nIR/P     
                       …(
数1)で表せる。ここで、nはプラズマ密度、Iは駆動
電流、Rはプラズマ主半径、Pはビームパワーである。 駆動電流Iはイオン電流Aと、イオン電流で誘起される
電子電流AFとの差で表わされる(I=A(1−F))
。Fは電子電流による減衰因子で、プラズマ実効電荷と
ビーム電荷及び逆アスペクト比で決まるので、電流駆動
効率dの向上はイオン電流駆動効率b=nAR/Pの向
上でもある。ITER(国際実験炉)では電流駆動効率
はd=0.1(1020A/Wm2)程度である。これ
は、10MAの駆動電流を流すのにビームパワーP=1
00MW以上が必要であることを意味する。
In current drive using this neutral particle beam, in order to increase the current drive efficiency d, it has been considered to increase the beam energy to the order of 1 MeV using a negative ion source neutral particle injection device. The current drive efficiency is
d=nIR/P
…(
It can be expressed by equation 1). Here, n is plasma density, I is drive current, R is plasma main radius, and P is beam power. The drive current I is expressed as the difference between the ionic current A and the electron current AF induced by the ionic current (I=A(1-F))
. Since F is an attenuation factor due to electron current and is determined by the plasma effective charge, beam charge, and inverse aspect ratio, an improvement in current drive efficiency d is also an improvement in ion current drive efficiency b=nAR/P. In ITER (International Experimental Reactor), the current drive efficiency is about d=0.1 (1020 A/Wm2). This means that the beam power P = 1 to flow a drive current of 10MA.
This means that 00MW or more is required.

【0005】このような大電流,大電力の装置で、電流
駆動効率を上げるためにビームエネルギを、1MeVか
ら更に数MeVまで上げる事が考えられる。しかし、1
MeV以上の領域ではビームエネルギの増加の割には、
電流駆動効率は向上しない。これは、ビームエネルギの
増加のために中性粒子入射装置を大型化しても、電流駆
動効率は効率的に向上しないことを意味する。しかも、
中性粒子ビーム電流駆動はITER設計の第一候補であ
り、今後益々重要な開発課題となる。そこで、ビームエ
ネルギを上げること以外で電流駆動効率を上げることが
、中性粒子ビーム電流駆動を用いた核融合装置において
は重大かつ急務である。
[0005] In such a large current, large power device, it is conceivable to increase the beam energy from 1 MeV to several MeV in order to increase the current drive efficiency. However, 1
In the region above MeV, despite the increase in beam energy,
Current drive efficiency does not improve. This means that even if the size of the neutral particle injection device is increased to increase the beam energy, the current drive efficiency will not be efficiently improved. Moreover,
Neutral beam current drive is the first candidate for ITER design, and will become an increasingly important development issue in the future. Therefore, it is important and urgent to increase current drive efficiency by other means than increasing beam energy in fusion devices using neutral particle beam current drive.

【0006】(堀池、他;「負イオンビームを用いた5
00keV20MW中性粒子入射装置の概念設計」,J
AERI−M86−064.)
(Horiike, et al.; “5
"Conceptual design of 00keV20MW neutral particle injection device", J
AERI-M86-064. )

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、電流
駆動効率を上げるために、ビームエネルギを上げる事を
考え、中性粒子入射装置が大型化する点への考慮が十分
なされておらず、中性粒子入射装置を用いて電流駆動を
効率的に行うのは難しいという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned prior art considers increasing the beam energy in order to increase current drive efficiency, and does not take into account the fact that the neutral particle injection device becomes larger. There has been a problem in that it is difficult to efficiently perform current drive using a neutral particle injection device.

【0008】本発明の目的は、小型な中性粒子入射装置
で高効率電流駆動を達成することである。
An object of the present invention is to achieve high efficiency current drive in a compact neutral particle injection device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は核融合装置の中性粒子入射装置において、
ビームエネルギに拡がりを持たせるために、イオン源加
速部の電極の電圧印加部にイオン−イオン衝突周波数以
上の高周波リップル発振器を持つ電源を設けた。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a neutral particle injection device for a nuclear fusion device.
In order to spread the beam energy, a power supply having a high frequency ripple oscillator having a frequency higher than the ion-ion collision frequency was provided at the voltage application section of the electrode of the ion source acceleration section.

【0010】また、上記目的を達成するために、本発明
は核融合装置の中性粒子入射装置において、ビームエネ
ルギに拡がりを持たせるために、イオン源のイオン(重
水素)ソース生成部のプラズマを加熱するプラズマ加熱
器を設けた。
Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a neutral particle injection device for a nuclear fusion device, in which a plasma in the ion (deuterium) source generation section of the ion source is used to spread the beam energy. A plasma heater was installed to heat the

【0011】また、上記目的を達成するために、本発明
は核融合装置の中性粒子入射装置において、ビームエネ
ルギに拡がりを持たせるために、イオン源加速部の電極
の電圧印加部にイオン−イオン衝突周波数以上の高周波
リップル発振器を持つ電源と、イオン源のイオン(重水
素)ソース生成部のプラズマを加熱するプラズマ加熱器
とを設けた。
Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a neutral particle injection device for a nuclear fusion device, in which an ion beam is applied to a voltage application section of an electrode of an ion source accelerating section in order to spread the beam energy. A power source having a high frequency ripple oscillator with a frequency higher than the ion collision frequency and a plasma heater for heating the plasma in the ion (deuterium) source generation section of the ion source were provided.

【0012】また、上記目的を達成するために、本発明
は核融合装置の中性粒子入射装置において、ビームエネ
ルギに拡がりを持たせ、プラズマ電流分布制御をするた
めに、高周波リップル発振器を持つ電源と、プラズマ加
熱器と、プラズマ電流分布測定部と、駆動電流密度分布
制御部とを設けた。
Furthermore, in order to achieve the above object, the present invention provides a power supply having a high frequency ripple oscillator in order to spread beam energy and control plasma current distribution in a neutral particle injection device of a nuclear fusion device. , a plasma heater, a plasma current distribution measurement section, and a drive current density distribution control section.

【0013】[0013]

【作用】図3に、イオン電流駆動効率のビームエネルギ
の拡がり依存性を示す。これは、表1に示すITERパ
ラメータを用いて、高速イオンに関するフォッカープラ
ンク方程式を解いた結果である。ここで、Vbはビーム
エネルギ、VbtはVbを中心としたビームエネルギの
拡がりを表す。図3において、ビームエネルギの拡がり
を増加させるにつれて、イオン電流駆動効率bは増加す
る。従来の中性粒子入射装置では、ビームエネルギの拡
がりはほぼ零であったので、図3に示す計算例では、イ
オン電流駆動効率は従来の2,3倍に増加することにな
る。
[Operation] FIG. 3 shows the dependence of ion current drive efficiency on beam energy spread. This is the result of solving the Fokker-Planck equation for fast ions using the ITER parameters shown in Table 1. Here, Vb represents the beam energy, and Vbt represents the spread of the beam energy around Vb. In FIG. 3, the ion current drive efficiency b increases as the beam energy spread increases. In the conventional neutral particle injection device, the spread of the beam energy was almost zero, so in the calculation example shown in FIG. 3, the ion current drive efficiency increases two to three times compared to the conventional one.

【0014】[0014]

【表1】[Table 1]

【0015】図4に、電流駆動効率の逆アスぺクト比依
存性を示す。これは、Vb=1.5MeVの計算である
。ビームエネルギの拡がりVbt/Vbの値を変えると
電流駆動効率の分布型が変わることがわかる。
FIG. 4 shows the inverse aspect ratio dependence of current drive efficiency. This is a calculation of Vb=1.5 MeV. It can be seen that the distribution type of current drive efficiency changes when the value of beam energy spread Vbt/Vb is changed.

【0016】以上の計算結果を踏まえて、ビームエネル
ギの拡がりの作り方を以下に示す。ビームエネルギの拡
がりの作り方には、二つが考えられる。一つは、イオン
源のイオン(重水素)ソース生成部で生成したプラズマ
イオンが、加速部に入ってきた時、イオン源加速部の電
極電圧にイオン−イオン衝突周波数以上の高周波リップ
ルを乗せて、電極電圧を振動させることにより、種々の
エネルギを持ったイオンを生成する、すなわち、ビーム
エネルギに拡がりを持ったイオンビームを発生する。他
の一つは、イオン源のイオン(重水素)ソース生成部で
生成したプラズマのプラズマ温度をプラズマ加熱器で加
熱して、プラズマ温度をあげることである。これにより
、加速部に入るプラズマイオンの初速度に拡がりができ
、それが加速部で加速された時、ビームエネルギの拡が
りを持ったイオンビームとなって発生する。
Based on the above calculation results, the method for creating beam energy spread will be described below. There are two possible ways to spread the beam energy. One is that when plasma ions generated in the ion (deuterium) source generation section of the ion source enter the acceleration section, a high frequency ripple higher than the ion-ion collision frequency is added to the electrode voltage of the ion source acceleration section. By oscillating the electrode voltage, ions with various energies are generated, that is, an ion beam with a beam energy spread is generated. Another method is to increase the plasma temperature by heating the plasma generated in the ion (deuterium) source generation section of the ion source with a plasma heater. This spreads the initial velocity of the plasma ions entering the acceleration section, and when they are accelerated in the acceleration section, an ion beam with a spread of beam energy is generated.

【0017】また、図4に示すような、ビームエネルギ
の拡がりVbt/Vbの値を変えて電流駆動効率の分布
型を変えることは、駆動電流密度の空間分布型を変える
ことになる。すなわち、ビームエネルギの拡がりVbt
/Vbの値を変えて、駆動電流密度の空間分布制御がで
きることになる。
Furthermore, changing the distribution type of current drive efficiency by changing the value of the beam energy spread Vbt/Vb as shown in FIG. 4 changes the spatial distribution type of drive current density. That is, the beam energy spread Vbt
By changing the value of /Vb, the spatial distribution of the drive current density can be controlled.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。図1において、15はイオンソース生成部、19は
クライオパネル、21はビーム引出し部、22は高周波
発振器を持つ電極電圧印加用電源、23は電極である。 イオン源加速部の電極電圧にイオン−イオン衝突周波数
以上の高周波リップルを乗せる。例えば、図3において
、ビームエネルギの拡がりがVbt/Vb=10−3の
場合、Vb=2MeVを選ぶとVbt=2keVとなる
。イオンソース生成部15での密度は1018m−3程
度であるので、イオン−イオン衝突時間は60msであ
る。 そこで、イオン源加速部の電極の電圧印加部に、イオン
−イオン衝突時間より短い時間スケール、例えば、ms
オーダで電圧を振動させる必要がある。高周波発振器を
持つ電極電圧印加用電源22の高周波発振器の周波数を
、例えば、1kHzに選ぶ。振動させる電圧の振幅は、
例えば、Vbtの数倍にする。イオンビームの発生時に
、イオン源加速部の電極電圧に上記1kHzの高周波リ
ップルを乗せて、上述の電圧の振幅で電極電圧を振動さ
せることにより、種々のエネルギを持ったイオンを生成
する、すなわち、ビームエネルギに拡がりを持った、す
なわち、速度空間でマックスウエル分布をしたイオンビ
ームを発生させる。これにより、図3に示すように、イ
オン電流駆動効率は増加することになる。イオン電流駆
動効率を更に増加させるにはVbt/Vbの値を増加さ
せればよい。実空間でのビームの発散角はVbt/Vb
の二乗根でほぼ決まるので、Vbt/Vb=10−3の
場合実空間でのビームの発散角は30mrad である
。これは、イオン源を炉心から30m離しても、実空間
でのビームの発散は約1mであることを意味する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be explained below with reference to FIG. In FIG. 1, 15 is an ion source generation section, 19 is a cryopanel, 21 is a beam extraction section, 22 is a power source for electrode voltage application having a high frequency oscillator, and 23 is an electrode. A high frequency ripple higher than the ion-ion collision frequency is added to the electrode voltage of the ion source accelerator. For example, in FIG. 3, when the beam energy spread is Vbt/Vb=10-3, if Vb=2MeV is selected, Vbt=2keV. Since the density in the ion source generation section 15 is about 1018 m-3, the ion-ion collision time is 60 ms. Therefore, a time scale shorter than the ion-ion collision time, for example, ms, is applied to the voltage application section of the electrode of the ion source acceleration section.
It is necessary to oscillate the voltage on an order of magnitude. The frequency of the high-frequency oscillator of the electrode voltage application power supply 22 having a high-frequency oscillator is selected to be, for example, 1 kHz. The amplitude of the voltage to vibrate is
For example, make it several times Vbt. When an ion beam is generated, ions with various energies are generated by adding the above-mentioned 1 kHz high-frequency ripple to the electrode voltage of the ion source accelerator and vibrating the electrode voltage with the amplitude of the above-mentioned voltage, that is, An ion beam with a beam energy spread, that is, a Maxwellian distribution in velocity space, is generated. Thereby, as shown in FIG. 3, the ion current drive efficiency increases. In order to further increase the ion current drive efficiency, the value of Vbt/Vb may be increased. The divergence angle of the beam in real space is Vbt/Vb
Therefore, when Vbt/Vb=10-3, the beam divergence angle in real space is 30 mrad. This means that even if the ion source is placed 30 meters away from the core, the beam divergence in real space is about 1 meter.

【0019】本発明の他の実施例を図5により説明する
。図5において、15はイオンソース生成部、15aは
ミラーコイル、19はクライオパネル、20はビーム軌
道、21はビーム引出し部、23は電極、24はソース
プラズマ加熱器である。本発明では、電極23での加速
電圧は一定で、イオンソース生成部15で生成したプラ
ズマのプラズマ温度をソースプラズマ加熱器24で加熱
して、プラズマ温度をあげることである。これにより、
加速部に入るプラズマイオンの初速度に拡がりができ、
それが加速部で加速された時、ビームエネルギの拡がり
を持ったイオンビームとなって発生する。例えば、図3
において、ビームエネルギの拡がりがVbt/Vb=1
0−3の場合、Vb=2MeVを選ぶとVbt=2ke
Vとなる。ソースプラズマの閉じ込めを、例えば、ミラ
ー磁場コイル15aで行う。ソースプラズマのエネルギ
を2keVにするソースプラズマ加熱器24は、高周波
加熱器、例えば、イオンサイクロトロン波加熱を行う。 ミラー磁場を、例えば、1Tにすると、15.2MHz
 の高周波をイオンソース生成部15に入射する。 例えば、イオンソース生成部15の体積をV=0.1×
0.1×2m3 ,密度を1018m−3,イオン閉じ
込め時間を1msとすると、2keVを得るには、高周
波パワーを10kW入射すればよい。イオン閉じ込め時
間には不確定性があるので余裕をみて100kWを容易
すれば十分と考える。
Another embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 5, 15 is an ion source generation section, 15a is a mirror coil, 19 is a cryopanel, 20 is a beam trajectory, 21 is a beam extraction section, 23 is an electrode, and 24 is a source plasma heater. In the present invention, the acceleration voltage at the electrode 23 is constant, and the plasma temperature of the plasma generated in the ion source generation section 15 is heated by the source plasma heater 24 to raise the plasma temperature. This results in
The initial velocity of plasma ions entering the acceleration section can be expanded,
When it is accelerated in the acceleration section, it is generated as an ion beam with a spread of beam energy. For example, Figure 3
, the beam energy spread is Vbt/Vb=1
In the case of 0-3, if you choose Vb=2MeV, Vbt=2ke
It becomes V. The source plasma is confined by, for example, a mirror magnetic field coil 15a. The source plasma heater 24, which sets the energy of the source plasma to 2 keV, is a high-frequency heater, such as ion cyclotron wave heating. For example, if the mirror magnetic field is 1T, the frequency is 15.2MHz.
The high frequency wave is input to the ion source generating section 15. For example, the volume of the ion source generator 15 is V=0.1×
Assuming that the area is 0.1×2 m 3 , the density is 10 18 m −3 , and the ion confinement time is 1 ms, 10 kW of high frequency power may be applied to obtain 2 keV. Since there is uncertainty in the ion confinement time, I think it is sufficient to set it to 100 kW with some margin.

【0020】本発明の他の実施例を図6により説明する
。図6において、15はイオンソース生成部、15aは
ミラーコイル、19はクライオパネル、20はビーム軌
道、21はビーム引出し部、22は高周波発振器を持つ
電極電圧印加用電源、23は電極、24はソースプラズ
マ加熱器である。本発明では、イオンソース生成部15
で生成したプラズマのプラズマ温度をソースプラズマ加
熱器24で加熱して、プラズマ温度をあげることである
。例えば、この計算例では、15.2MHz,100k
Wの高周波をイオンソース生成部15に入射する。これ
により、加速部に入るプラズマイオンの初速度に拡がり
ができ、それが加速部で加速された時、ビームエネルギ
の拡がりを持ったイオンビームとなって発生する。更に
、高周波発振器を持つ電極電圧印加用電源22の高周波
発振器の周波数を、例えば、1kHzに選ぶ。イオンビ
ームの発生時に、イオン源加速部の電極電圧に上記1k
Hzの高周波リップルを乗せて、電極電圧を振動させる
ことにより、種々のエネルギを持ったイオンを生成する
、すなわち、ビームエネルギに拡がりを持ったイオンビ
ームを発生できる。
Another embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 6, 15 is an ion source generation section, 15a is a mirror coil, 19 is a cryopanel, 20 is a beam trajectory, 21 is a beam extraction section, 22 is a power source for electrode voltage application having a high frequency oscillator, 23 is an electrode, and 24 is a Source plasma heater. In the present invention, the ion source generation section 15
The plasma temperature of the generated plasma is heated by the source plasma heater 24 to raise the plasma temperature. For example, in this calculation example, 15.2MHz, 100k
A high frequency wave of W is input to the ion source generation section 15. This spreads the initial velocity of the plasma ions entering the acceleration section, and when they are accelerated in the acceleration section, an ion beam with a spread of beam energy is generated. Furthermore, the frequency of the high-frequency oscillator of the electrode voltage applying power source 22 having a high-frequency oscillator is selected to be, for example, 1 kHz. When an ion beam is generated, the electrode voltage of the ion source acceleration section is set to 1k.
By adding a high frequency ripple of Hz and vibrating the electrode voltage, ions with various energies can be generated, that is, an ion beam with a spread of beam energies can be generated.

【0021】本発明の他の実施例であるビーム加速部を
図7により説明する。図7において、20はビーム軌道
、23は電極、25はビームの前段加速部、26はビー
ムの主加速部、27はビームの焦点位置、22は高周波
発振器を持つ電極電圧印加用電源である。本発明では、
孔のあいた電極23に高周波発振器を持つ電極電圧印加
用電源22を接続して、電極電圧を振動させることによ
り、種々のエネルギを持ったイオンを生成する、すなわ
ち、ビームエネルギに拡がりを持ったイオンビームを効
率的に発生させ、ビームの焦点位置27に収束させる。
A beam accelerating section according to another embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 7, 20 is a beam trajectory, 23 is an electrode, 25 is a beam pre-acceleration part, 26 is a beam main acceleration part, 27 is a beam focus position, and 22 is a power source for applying an electrode voltage having a high frequency oscillator. In the present invention,
By connecting an electrode voltage applying power source 22 having a high frequency oscillator to the perforated electrode 23 and oscillating the electrode voltage, ions with various energies are generated, that is, ions with a spread in beam energy. A beam is efficiently generated and focused at a beam focal point 27.

【0022】本発明の他の実施例を図8により説明する
。図8において、7はイオンダンプ、10は磁気遮蔽体
、15はイオンソース生成部、15aはミラーコイル、
16はクライオポンプ、20はビーム軌道、21はビー
ム引出し部、22は高周波発振器を持つ電極電圧印加用
電源、23は電極、24はソースプラズマ加熱器、28
は駆動電流密度分布制御部、29はプラズマ電流分布測
定部、30はプラズマ、31はトーラス真空容器である
。本発明では、イオンソース生成部15で生成したプラ
ズマのプラズマ温度をソースプラズマ加熱器24で加熱
して、プラズマ温度をあげ、加速部に入るプラズマイオ
ンの初速度に拡がりを作り、更に、高周波発振器を持つ
電極電圧印加用電源22の高周波発振器でイオン源加速
部の電極電圧に高周波リップルを乗せて、電極電圧を振
動させることにより、種々のエネルギを持ったイオンを
生成する、すなわち、ビームエネルギに拡がりを持った
イオンビームを発生させる。このイオンビームで駆動し
たプラズマ電流分布を、プラズマ電流分布測定部29で
測定し、駆動電流密度分布制御部28で図4に基づき、
Vbt/Vbを変えて電流駆動効率、すなわち、駆動電
流密度を変える演算を行い、高周波発振器を持つ電極電
圧印加用電源22を制御する。これにより、プラズマ電
流分布の制御をおこなう。
Another embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 8, 7 is an ion dump, 10 is a magnetic shield, 15 is an ion source generator, 15a is a mirror coil,
16 is a cryopump, 20 is a beam trajectory, 21 is a beam extractor, 22 is a power source for electrode voltage application having a high frequency oscillator, 23 is an electrode, 24 is a source plasma heater, 28
29 is a plasma current distribution measuring section, 30 is a plasma, and 31 is a torus vacuum vessel. In the present invention, the plasma temperature of the plasma generated in the ion source generation section 15 is heated by the source plasma heater 24 to raise the plasma temperature and spread the initial velocity of the plasma ions entering the acceleration section. By applying a high frequency ripple to the electrode voltage of the ion source accelerating section using the high frequency oscillator of the electrode voltage applying power supply 22 and vibrating the electrode voltage, ions with various energies are generated, that is, ions with various energies are generated. Generates a wide ion beam. The plasma current distribution driven by this ion beam is measured by the plasma current distribution measurement section 29, and the driving current density distribution control section 28 measures the plasma current distribution based on FIG.
By changing Vbt/Vb, a calculation is performed to change the current drive efficiency, that is, the drive current density, and the electrode voltage applying power source 22 having a high frequency oscillator is controlled. This controls the plasma current distribution.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、イオン源加速部の電極
の電圧印加部にイオン−イオン衝突周波数以上の高周波
リップル発振器を持つ電源を設けて、ビームエネルギに
拡がりを持たせることにより、電流駆動効率を上げるこ
とができるので、従来のビームエネルギを上げることに
より電流駆動効率を上げようとしていた中性粒子入射装
置の大型化を解決できる。
According to the present invention, a power supply having a high-frequency ripple oscillator having a frequency higher than the ion-ion collision frequency is provided in the voltage application section of the electrode of the ion source accelerating section, and the beam energy is spread. Since the drive efficiency can be increased, it is possible to solve the problem of increasing the size of the conventional neutral particle injection device, which was attempted to increase the current drive efficiency by increasing the beam energy.

【0024】また、本発明によれば、イオン源のイオン
(重水素)ソース生成部のプラズマを加熱するプラズマ
加熱器を設けて、ビームエネルギに拡がりを持たせるこ
とにより、電流駆動効率を上げることができるので、従
来のビームエネルギを上げることにより電流駆動効率を
上げようとしていた中性粒子入射装置の大型化を解決で
きる。
Further, according to the present invention, a plasma heater is provided to heat the plasma in the ion (deuterium) source generation section of the ion source, and the beam energy is spread, thereby increasing the current drive efficiency. Therefore, it is possible to solve the problem of increasing the size of the neutral particle injection device, which was conventionally attempted to increase the current drive efficiency by increasing the beam energy.

【0025】また、本発明によれば、イオン源加速部の
電極の電圧印加部にイオン−イオン衝突周波数以上の高
周波リップル発振器を持つ電源と、イオン源のイオン(
重水素)ソース生成部のプラズマを加熱するプラズマ加
熱器とを設けて、ビームエネルギに拡がりを持たせるこ
とにより、電流駆動効率を上げることができるので、従
来のビームエネルギを上げることにより電流駆動効率を
上げようとしていた中性粒子入射装置に比べて、小型な
中性粒子入射装置で高効率電流駆動を達成できる。
Further, according to the present invention, there is provided a power supply having a high frequency ripple oscillator having a frequency equal to or higher than the ion-ion collision frequency in the voltage application section of the electrode of the ion source acceleration section, and the ion source (
By installing a plasma heater that heats the plasma in the deuterium (deuterium) source generation section and spreading the beam energy, it is possible to increase the current drive efficiency. Compared to the neutral particle injection device that was trying to increase the current efficiency, it is possible to achieve high efficiency current drive with a small neutral particle injection device.

【0026】また、本発明によれば、イオン源加速部の
電極の電圧印加部にイオン−イオン衝突周波数以上の高
周波リップル発振器を持つ電源と、イオン源のイオン(
重水素)ソース生成部のプラズマを加熱するプラズマ加
熱器と、プラズマ電流分布測定部と、駆動電流密度分布
制御部とを設けて、ビームエネルギに拡がりをかえるこ
とにより、電流駆動効率を変えることができるので、従
来のプラズマ電流分布制御部を付加する必要がなく、ビ
ームエネルギに拡がりをかえる装置単体でプラズマ電流
分布を制御することができる。
Further, according to the present invention, there is provided a power supply having a high frequency ripple oscillator having a frequency higher than the ion-ion collision frequency in the voltage application section of the electrode of the ion source acceleration section, and an ion source (
The current drive efficiency can be changed by providing a plasma heater that heats the plasma in the (deuterium) source generation section, a plasma current distribution measurement section, and a drive current density distribution control section, and changing the spread of the beam energy. Therefore, there is no need to add a conventional plasma current distribution control section, and the plasma current distribution can be controlled by a single device that changes the beam energy spread.

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

【図1】本発明の中性粒子入射装置の説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a neutral particle injection device of the present invention.

【図2】従来の中性粒子入射装置の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional neutral particle injection device.

【図3】イオン電流駆動効率のビームエネルギの拡がり
依存性を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the dependence of ion current drive efficiency on beam energy spread.

【図4】電流駆動効率の逆アスぺクト比依存性を示す特
性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the inverse aspect ratio dependence of current drive efficiency.

【図5】本発明の中性粒子入射装置説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of the neutral particle injection device of the present invention.

【図6】本発明の中性粒子入射装置の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of the neutral particle injection device of the present invention.

【図7】本発明のビーム加速部を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a beam acceleration section of the present invention.

【図8】本発明の駆動電流密度分布制御部をもつ中性粒
子入射装置の説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a neutral particle injection device having a drive current density distribution control section of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15a…ミラーコイル、19…クライオパネル、20…
ビーム軌道、21…ビーム引出し部、22…高周波発振
器を持つ電極電圧印加用電源、23…電極。
15a... Mirror coil, 19... Cryopanel, 20...
Beam orbit, 21... Beam extractor, 22... Power supply for electrode voltage application having a high frequency oscillator, 23... Electrode.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】核融合装置の中性粒子入射装置において、
イオン源加速部の電極の電圧印加部にイオン−イオン衝
突周波数以上の高周波リップルを乗せる高周波発振器を
持つ電源を備えたイオン源を設けたことを特徴とする核
融合装置の中性粒子入射装置。
Claim 1: In a neutral particle injection device for a nuclear fusion device,
A neutral particle injection device for a nuclear fusion device, characterized in that an ion source is provided with a power source having a high frequency oscillator that generates a high frequency ripple higher than the ion-ion collision frequency on a voltage application section of an electrode of an ion source accelerating section.
【請求項2】核融合装置の中性粒子入射装置において、
イオン源のイオン(重水素)ソース生成部のプラズマ温
度を加熱するプラズマ加熱器を持つイオン源を設けたこ
とを特徴とする核融合装置の中性粒子入射装置。
Claim 2: In a neutral particle injection device for a nuclear fusion device,
A neutral particle injection device for a nuclear fusion device, characterized in that an ion source is provided with a plasma heater that heats the plasma temperature of an ion (deuterium) source generation section of the ion source.
【請求項3】核融合装置の中性粒子入射装置において、
イオン源のイオン(重水素)ソース生成部のプラズマ温
度を上げるプラズマ加熱器と、イオン源加速部の電極の
電圧印加部にイオン−イオン衝突周波数以上の高周波リ
ップルを乗せる高周波発振器を持つ電源とを設けたこと
を特徴とする核融合装置の中性粒子入射装置。
Claim 3: In a neutral particle injection device for a nuclear fusion device,
A plasma heater that raises the plasma temperature in the ion (deuterium) source generation section of the ion source, and a power source that has a high frequency oscillator that puts a high frequency ripple higher than the ion-ion collision frequency on the voltage application section of the electrode of the ion source acceleration section. A neutral particle injection device for a nuclear fusion device, characterized in that it is provided with:
【請求項4】請求項1,2または3において、プラズマ
電流分布測定器と駆動電流密度分布制御部とを設けた核
融合装置の中性粒子入射装置。
4. A neutral particle injection device for a nuclear fusion device according to claim 1, comprising a plasma current distribution measuring device and a drive current density distribution control section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012181177A (en) * 2011-02-28 2012-09-20 Tochisawa Ikuo Nuclear fusion reactor
CN109698031A (en) * 2017-10-23 2019-04-30 首环国际股份有限公司 Device and method for fission type nuclear power plant to be transformed

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