JPH0513016A

JPH0513016A - 負イオン源およびセシウム除去方法

Info

Publication number: JPH0513016A
Application number: JP3161393A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kamiide; 泰生上出; Yasuo Yamashita; 泰郎山下; Hiroyuki Kawakami; 浩幸河上; Keimei Kojima; 啓明小島; Yoshikazu Okumura; 義和奥村
Original assignee: Hitachi Ltd; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン加速部に付着したセシウムをプラズマ
室に再結晶させるようにして、イオン源出口からの不純
物としてのセシウムの流出防止を図る。【構成】負イオンを発生するプラズマ発生部１と、そ
の負イオンを加速するイオン加速部２が接続配置されて
いる。イオン加速部２には、電極８を支持する金属フラ
ンジ１０と絶縁フランジ１１とが交互に配置されてい
る。さらに金属フランジ１０内には、イオン加速部２内
を加温するヒータ１３が取付けられ、かつイオン源出口
には、ヒータ１３でイオン加速部２内を加温していると
きにイオン源出口を遮断する仕切板１４が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素または重水素（以
下、代表して水素という）の負イオンを、イオン源プラ
ズマ室内に付着させたセシウムを用いて効率よく発生さ
せるようにした、核融合用中性粒子入射装置などの負イ
オン源、およびセシウム除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】１００ＫｅＶ以上のエネルギを有する数
十アンペア級の水素の負イオン源が要求されるようにな
ってきた。従来の中性粒子入射装置では、正イオン源を
用いて正イオンを作り、それを加速して、閉じ込め磁場
中に入射させるため、水素ガス中を通すことにより正イ
オンを中性化していた。ところで、正イオンでは加速エ
ネルギが増加するにつれ中性化する効率が大幅におちる
が、負イオンでは加速エネルギを増加しても水素ガス中
での中性化効率がおちない。そのため、加速エネルギが
増加するにつれ、負イオン源が要求されるようになって
きた。

【０００３】水素の負イオンを効率よく発生させるため
に、イオン源プラズマ室にセシウム蒸気を入れて、プラ
ズマ室内にセシウムを付着させた状態でイオンを発生さ
せる方法が実施されている。プラズマ室にセシウム蒸気
を入れている時、セシウムはプラズマ室だけでなくイオ
ン加速部にも拡散して付着する。イオン加速部は、電極
・電極支持部・金属フランジ・絶縁フランジなどから構
成されてるが、これらの内表面にセシウムが付着する。
また負イオン発生時は、プラズマ室内にセシウム蒸気が
でき、このセシウムも同じくイオン加速部の方へ拡散し
付着する。ビーム引出し時は、電極部分は熱負荷のため
温度が上がっており、セシウムはイオン加速部の電極以
外の部分に付着するのが多くなる。

【０００４】このようにして、イオン加速部にある量の
セシウムが付着すると、電極間の耐電圧は数分の１にさ
がるため、ビームの加速上問題が生じる。

【０００５】そこで、加速部の耐電圧がさがれば、イオ
ン源を解体しイオン加速部に付着したセシウムを水でふ
きとるか、イオン源全体を３００℃程度に加温してセシ
ウムを蒸発させるなどの対策を施している。このうちイ
オン源全体を加温する技術については、（社）プラズ
マ、核融合学会，第７回秋季講演会予稿集，第１２９頁
に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうち水でふきとる方法では、実際に運転状態に
入っている時にイオン源を解体することは、効率が悪
く、ほとんど不可能である。また、イオン源全体を加
温する方法では、イオン加速部に付着していたセシウム
が蒸気となって、イオン源出口から不純物となって外部
へ流出するという問題がある。さらに、イオン源全体を
過熱すると、プラズマ室内のセシウムも同時に過熱され
て蒸気となり、この蒸気も不純物となる恐れがある。

【０００７】本発明の目的は、イオン加速部に付着した
セシウムをプラズマ室に再結晶させるようにして、イオ
ン源出口からの不純物の流出防止を図ることができる負
イオン源、およびイオン加速部のセシウム除去方法を提
供することである。

【０００８】

【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、プラズマ室内にセシウムを付着させて、
水素または重水素の負イオンを発生するプラズマ発生部
と、その発生した負イオンを加速するイオン加速部と、
を備えた負イオン源において、前記イオン加速部を加温
する加温手段と、前記イオン加速部を加温しているとき
は該イオン加速部のイオン源出口を遮断する遮断手段
と、を備えたものである。

【０００９】また、本発明は、プラズマ室内にセシウム
を付着させて、水素または重水素の負イオンを発生する
プラズマ発生部と、電極支持部を介して電極を支持する
金属フランジと絶縁フランジとが交互に配置され、前記
プラズマ発生部で発生した負イオンを前記電極により加
速するイオン加速部と、を備えた負イオン源において、
前記金属フランジの内部、前記絶縁フランジの内部、前
記絶縁フランジの外周面および前記電極支持部の少なく
とも１つにヒータを取付けるとともに、前記ヒータによ
り前記イオン加速部内を加温しているときはイオン加速
部のイオン源出口を遮断する仕切板を設けたものであ
る。

【００１０】さらに、本発明は、プラズマ室内にセシウ
ムを付着させて、水素または重水素の負イオンを発生す
るプラズマ発生部と、電極支持部を介して電極を支持す
る金属フランジと絶縁フランジとが交互に配置され、前
記プラズマ発生部で発生した負イオンを前記電極により
加速するイオン加速部と、を備えた負イオン源におい
て、前記金属フランジの内部、前記絶縁フランジの内
部、前記絶縁フランジの外周面および前記電極支持部の
少なくとも１つにヒータを取付けるとともに、前記イオ
ン加速部のイオン源出口を遮断する仕切板を設け、その
仕切板にもヒータを取付け、前記いずれかのヒータによ
り前記イオン加速部内を加温しているときは前記仕切板
を遮断するようにしたものである。

【００１１】また、本発明は、上記したいずれかの負イ
オン源を核融合加熱及び電流駆動装置に設置したことで
ある。

【００１２】また、本発明のセシウム除去方法は、イオ
ン加速部の内部に付着したセシウムを取り除く際に、前
記イオン加速部を加温するとともに、前記イオン加速部
のイオン源出口を遮断するようにしたことである。

【００１３】さらに、本発明のセシウム除去方法は、イ
オン加速部の内部に付着したセシウムを取り除く際に、
前記イオン加速部を加温するとともに該イオン加速部の
イオン源出口を遮断し、同時に、イオンを発生するプラ
ズマ発生部の冷却配管に冷却水を流すようにしたことで
ある。

【００１４】さらにまた、本発明のセシウム除去方法
は、イオン加速部の内部に付着したセシウムを取り除く
際に、前記イオン加速部の電極冷却用配管に温水または
熱湯を流すとともに、前記イオン加速部のイオン源出口
を遮断するようにしたことである。

【００１５】

【作用】上記構成によれば、金属フランジ内、絶縁フラ
ンジ内、電極支持部に取付けたヒータおよび絶縁フラン
ジ外周面に取付けたバンドヒータに通電すると、イオン
加速部内が加温されて、イオン加速部内に付着していた
セシウムは蒸発して蒸気となる。この時、イオン源出口
は仕切板で閉じられているので、セシウムの蒸気はイオ
ン源出口の下流側へは流れず、プラズマ室の方へ流れ
る。プラズマ室は加温していないので、プラズマ室へ流
れたセシウムの蒸気はプラズマ室の内壁に再結晶する。
これにより、イオン加速部に付着したセシウムを取り除
くことができる。

【００１６】また、イオン加速部には電極や電極支持部
を冷却するための配管が設けられているので、この配管
に熱湯を流すようにしてもイオン加速部内を加温するこ
とができ、イオン加速部からセシウムを除去することが
できる。

【００１７】なお、セシウムの蒸気は温度が低い部位に
付着しやすいので、プラズマ室壁に設けられた冷却配管
に冷却水を流してプラズマ室の温度を下げておけば、イ
オン加速部からのセシウムの除去効果を上げることがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に従って説明
する。図１は本発明の負イオン源の全体構成を示してい
る。図に示すように、負イオン源はプラズマ発生部１と
イオン加速部２から構成されている。プラズマ発生部１
にはプラズマ室３が設けられ、このプラズマ室３の内部
にフィラメント４と磁気フィルタ５が取付けられてい
る。そして、フィラメント４で電子が作られ、その電子
を用いてフィラメント４とプラズマ室壁６との間にアー
ク放電させることによりイオンを発生させる。また磁気
フィルタ５はプラズマ室３を２分して、電極に遠い方で
は高速電子を多くし、電極に近い方では低速電子を多く
する。このうち、高速電子は励起水素分子を作り、低速
電子は励起水素分子から水素の負イオンを作る。このと
き、プラズマ室壁６に設けられたセシウムポート７から
事前にセシウム蒸気をプラズマ室３内に入れ、プラズマ
室３の内壁に付着させておいて放電させると、プラズマ
室３の内壁に付着したセシウムの効果で水素の負イオン
が効率よく発生する。

【００１９】プラズマ発生部１で発生した負イオンはイ
オン加速部２に入射し、イオン加速部２に設けられた複
数の電極８によって加速される。複数の電極８の各々は
電極支持部９を介して金属フランジ１０に支持されてい
る。また各々の金属フランジ１０の間には電極間印加電
圧の耐圧を保持するために絶縁フランジ１１が挿入され
ている。電極８、電極支持部９、金属フランジ１０およ
び絶縁フランジ１１で構成されている部分がイオン加速
部２である。そして、イオン加速部２で加速されたイオ
ンはビームとなって出口フランジ１２から外部へ出射す
る。

【００２０】プラズマ室３にセシウムを封入していると
き、セシウムはイオン加速部２の方へ拡散する。またイ
オン発生時にプラズマ室３内の温度が上がるため、プラ
ズマ室３の内壁に付着したセシウムも蒸発してイオン加
速部２の方へ拡散する。イオン加速部２へ拡散したセシ
ウムは、温度が高い電極８には付着しにくいが、温度が
低い電極支持部９、金属フランジ１０の内面、絶縁フラ
ンジ１１の内面に付着する。このようにイオン加速部２
内に付着するセシウムの量が増加すると、電極８間の印
加電圧に対する耐圧が、セシウムが付着していないとき
に比べて数分の１近くまで劣化してしまう。

【００２１】そこで、本実施例では、金属フランジ１０
の内部にヒータ１３を埋め込み、セシウムを取り除く場
合は、ヒータ１３に通電してイオン加速部２内を加温し
てセシウムを蒸発させるようにしている。この場合、ヒ
ータ１３への電源フィーダは、ヒータ加温時以外は取り
外しておく。これは、ヒータ１３の電位が電極８の電位
同様大地に対して数百ＫＶとなるため、ヒータ電源の対
地耐圧を減らすためである。

【００２２】ヒータ１３への通電によってイオン加速部
２内を加温して、セシウムを蒸発させることができる
が、このままでは蒸発したセシウムがイオン源出口側の
出口フランジ１２の方に拡散付着することになり、イオ
ンビームに対して不純物となる。そこで、イオン源出口
に仕切板１４を設けてイオン加速部２を加温している時
は、仕切板１４でイオン源出口を閉にして、蒸発したセ
シウムがイオン源出口から下流側へ流れないようにして
いる。この場合、仕切板１４にはヒータ１５が設けら
れ、ヒータ１５へも同時に通電することで、仕切板１４
へのセシウムの付着を防ぐことができる。このヒータ付
仕切板１４の代わりに、真空ゲート弁の弁板にヒータを
取付けるようにしてもよい。なお、仕切板１４は、イオ
ン源運転時は真空ゲート弁のように収納されてイオン源
出口は開状態になる。

【００２３】本実施例によれば、イオン加速部２で蒸発
したセシウムをプラズマ室３の方へ戻し、プラズマ室３
内に再付着させることができる。プラズマ室３はもとも
とセシウムを付着させている場所であるから、再付着し
たセシウムを再び使用することができ、セシウムを有効
利用することが可能となる。

【００２４】なお、プラズマ室３へセシウムが再付着し
やすいように、プラズマ室壁６に設けられている冷却配
管に冷却水を流しておくと良い。

【００２５】また、金属フランジ１１にうめこんだヒー
タ１３を、電極支持部９や電極８までそわせて、加温効
率を向上させることも考えられる。

【００２６】図２は本発明の他の実施例を示している。
金属フランジ１１には電源フィーダや冷却配管等が設け
られているため、イオン加速部２全体をバンドヒータ等
で加温することは無理である。そこで、本実施例では、
イオン加速部加温時のみ絶縁フランジ１１の外側にバン
ドヒータ１６が取付けられている。ただし、この方法は
イオン源の外側がＳＦ₆等のガスで絶縁されていない
で、大気中にある場合に限られる。

【００２７】また、イオン加速部２には一般に冷却用配
管が取付けられているので、イオン加速部加温時には、
同時にこの冷却用配管に熱湯を流して加温効果を上げる
ようにすることもできる。ただし、熱湯を循環させるた
めのシステムが別に必要となる。

【００２８】なお、図２の負イオン源では、バンドヒー
タ１６以外に金属フランジ１１内にもヒータ１３が設け
られているが、バンドヒータ１６だけを設けるようにし
てもよい。

【００２９】図３は本発明の更に他の実施例を示してい
る。本実施例では、絶縁フランジ１１の内部にヒータ１
７が取付けられている。この場合、ヒータ１７と金属フ
ランジ１１との間には高抵抗１８が接続され、ヒータ１
７が絶縁フランジ内でフロートしないようになってい
る。このように、高抵抗１８を接続すると、電位を固定
することができ、絶縁フランジ１１の絶縁耐力の減少を
防ぐことができる。

【００３０】なお、図３の負イオン源では、ヒータ１７
以外に金属フランジ１１内にもヒータ１３が設けられて
いるが、ヒータ１７だけを設けるようにしてもよく、ま
たヒータ１３，１７に加えて図２に示したバンドヒータ
１６を設けるようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
仕切板を閉じてイオン加速部を加温するので、セシウム
が不純物としてイオン源出口の下流側へ流れることを防
止でき、負イオン源装置の性能と信頼性を大幅に向上さ
せることができる。

【００３２】また、イオン加速部内に付着したセシウム
をプラズマ室に戻すことができるため、そのセシウムを
再度利用することが可能となり、セシウムの有効利用を
図ることができて経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す負イオン源の断面図で
ある。

【図２】本発明の他の実施例を示す負イオン源の断面図
である。

【図３】本発明の更に他の実施例を示す負イオン源の断
面図である。

【符号の説明】

１プラズマ発生部２イオン加速部３プラズマ室４フィラメント５磁気フィルタ６プラズマ室壁７セシウムポート８電極９電極支持部１０金属フランジ１１絶縁フランジ１２出口フランジ１３，１５，１７ヒータ１４仕切板１６バンドヒータ１８高抵抗

フロントページの続き (72)発明者河上浩幸茨城県日立市国分町１丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者小島啓明茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者奥村義和茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１日本原子力研究所那珂研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ室内にセシウムを付着させて、
水素または重水素の負イオンを発生するプラズマ発生部
と、その発生した負イオンを加速するイオン加速部と、
を備えた負イオン源において、前記イオン加速部を加温
する加温手段と、前記イオン加速部を加温しているとき
は該イオン加速部のイオン源出口を遮断する遮断手段
と、を備えたことを特徴とする負イオン源。
【請求項２】プラズマ室内にセシウムを付着させて、
水素または重水素の負イオンを発生するプラズマ発生部
と、電極支持部を介して電極を支持する金属フランジと
絶縁フランジとが交互に配置され、前記プラズマ発生部
で発生した負イオンを前記電極により加速するイオン加
速部と、を備えた負イオン源において、前記金属フラン
ジの内部、前記絶縁フランジの内部、前記絶縁フランジ
の外周面および前記電極支持部の少なくとも１つにヒー
タを取付けるとともに、前記ヒータにより前記イオン加
速部内を加温しているときはイオン加速部のイオン源出
口を遮断する仕切板を設けたことを特徴とする負イオン
源。
【請求項３】プラズマ室内にセシウムを付着させて、
水素または重水素の負イオンを発生するプラズマ発生部
と、電極支持部を介して電極を支持する金属フランジと
絶縁フランジとが交互に配置され、前記プラズマ発生部
で発生した負イオンを前記電極により加速するイオン加
速部と、を備えた負イオン源において、前記金属フラン
ジの内部、前記絶縁フランジの内部、前記絶縁フランジ
の外周面および前記電極支持部の少なくとも１つにヒー
タを取付けるとともに、前記イオン加速部のイオン源出
口を遮断する仕切板を設け、その仕切板にもヒータを取
付け、前記いずれかのヒータにより前記イオン加速部内
を加温しているときは前記仕切板を遮断することを特徴
とする負イオン源。
【請求項４】請求項２又は３記載の負イオン源におい
て、前記絶縁フランジの外周面に取付けたヒータはバン
ド状のヒータであることを特徴とする負イオン源。
【請求項５】請求項２又は３記載の負イオン源におい
て、前記絶縁フランジの内部にヒータを取付けた場合
は、前記電極間の印加電圧を保持する印加電圧保持手段
を設けたことを特徴とする負イオン源。
【請求項６】請求項５記載の負イオン源において、前
記印加電圧保持手段は、前記絶縁フランジ内のヒータと
その両側の金属フランジとの間に設けられた高抵抗であ
ることを特徴とする負イオン源。
【請求項７】請求項２又は３記載の負イオン源におい
て、前記各ヒータには、電力を供給する電源に着脱自在
に接続されるリード線が設けられ、ビーム引出し運転中
はリード線の接続が取り外され、前記イオン加速部を加
温するときにリード線が接続されることを特徴とする負
イオン源。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の負イオ
ン源を設置したことを特徴とする核融合加熱及び電流駆
動装置。
【請求項９】イオン加速部の内部に付着したセシウム
を取り除く際に、前記イオン加速部を加温するととも
に、前記イオン加速部のイオン源出口を遮断することを
特徴とするイオン加速部のセシウム除去方法。
【請求項１０】イオン加速部の内部に付着したセシウ
ムを取り除く際に、前記イオン加速部を加温するととも
に該イオン加速部のイオン源出口を遮断し、同時に、イ
オンを発生するプラズマ発生部の冷却配管に冷却水を流
すことを特徴とするイオン加速部のセシウム除去方法。
【請求項１１】イオン加速部の内部に付着したセシウ
ムを取り除く際に、前記イオン加速部の電極冷却用配管
に温水または熱湯を流すとともに、前記イオン加速部の
イオン源出口を遮断することを特徴とするイオン加速部
のセシウム除去方法。