JPH07191169A - Ion deflecting magnet and method for ion deflecting - Google Patents
Ion deflecting magnet and method for ion deflectingInfo
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- JPH07191169A JPH07191169A JP5328686A JP32868693A JPH07191169A JP H07191169 A JPH07191169 A JP H07191169A JP 5328686 A JP5328686 A JP 5328686A JP 32868693 A JP32868693 A JP 32868693A JP H07191169 A JPH07191169 A JP H07191169A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、中性粒子入射装置に係
るイオン偏向装置に関し、詳しくは、装置の大型化及び
アンペアターンの増大を招来することなく、高強度のイ
オンビームが入射する場合、イオンビームが長時間入射
するような場合であっても、ビームダンプへのイオンビ
ームの熱負荷を緩和してビームダンプの損傷を確実に防
止できるイオン偏向磁石に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion deflecting device for a neutral particle injector, and more particularly, to a case where a high-intensity ion beam is incident without causing an increase in the size of the device and an increase in ampere turns. The present invention relates to an ion deflection magnet that can reliably prevent damage to a beam dump by relaxing a thermal load of the ion beam on the beam dump even when the ion beam is incident for a long time.
【０００２】[0002]
【従来の技術】核融合機器のプラズマ加熱装置の１つで
ある中性粒子入射装置では、数１０ｋｅＶ〜数１００ｋ
ｅＶの高いエネルギーまで加速した水素イオンあるいは
重水素イオンが中性粒子に変換されてプラズマ中に入射
されている。この際、水素イオンあるいは重水素イオン
の全てが中性化されるわけではなく、これらのイオンの
うち何割かは、イオンのまま残留されている。2. Description of the Related Art In a neutral particle injector, which is one of plasma heating devices for nuclear fusion equipment, several tens keV to several hundreds of k
Hydrogen ions or deuterium ions accelerated to a high energy of eV are converted into neutral particles and injected into plasma. At this time, not all hydrogen ions or deuterium ions are neutralized, but some of these ions remain as ions.
【０００３】これらの残留イオンは、そのままでは、中
性粒子とともにビーム状態で飛行することになる。しか
しながら、残留イオンが中性粒子と共に核融合装置に入
射された場合には、これらの残留イオンは、プラズマを
閉じ込めている核融合装置の磁場に阻まれて、プラズマ
中に入り込むことはできない。また、残留イオンである
高エネルギーのイオンビームがプラズマ近傍に近づくこ
とは、プラズマを乱す原因にもなる。そのため、イオン
偏向磁石と呼ばれる電磁石がビームライン上に設けら
れ、これにより、この電磁石によってビーム軌道上に磁
場が生成されてイオンビームが強制的に曲げられて、中
性粒子ビームから分離させている。As they are, these residual ions will fly in a beam state together with neutral particles. However, when the residual ions are injected into the fusion device together with the neutral particles, these residual ions are blocked by the magnetic field of the fusion device confining the plasma and cannot enter the plasma. Further, the fact that the high-energy ion beam, which is the residual ions, approaches the vicinity of the plasma also causes the plasma to be disturbed. Therefore, an electromagnet called an ion deflection magnet is provided on the beam line, and a magnetic field is generated on the beam trajectory by this electromagnet, and the ion beam is forcibly bent and separated from the neutral particle beam. .
【０００４】図７には、中性粒子入射装置の構成が示さ
れている。図５に示すように、イオン源１０から、プラ
ズマ中に入射させる中性粒子である水素原子あるいは重
水素原子がまずイオンとして生成されている。イオン源
１０で生成された水素イオンあるいは重水素イオンは、
電極を数枚組み合わせた加速部１１によって高速のイオ
ンビームとなって引き出される。このイオンビームは、
中性化セル１２を通過させることによって中性粒子に変
換され、この中性粒子のビーム５が核融合装置のプラズ
マ１３中に入射されて、プラズマを加熱する。FIG. 7 shows the structure of a neutral particle injector. As shown in FIG. 5, hydrogen atoms or deuterium atoms, which are neutral particles to be injected into the plasma, are first generated as ions from the ion source 10. The hydrogen ions or deuterium ions generated by the ion source 10 are
A high-speed ion beam is extracted by the accelerating unit 11 in which several electrodes are combined. This ion beam
It is converted into neutral particles by passing through the neutralization cell 12, and the beam 5 of the neutral particles is injected into the plasma 13 of the fusion device to heat the plasma.
【０００５】この中性化セル１２内で中性化されずに残
留したイオンを中性粒子ビームから分離するための偏向
電磁石１４が、通常中性化セル１２の出口に設けられて
いる。この偏向電磁石１４によって生成した磁場中に、
中性粒子ビーム５及び残留イオンビーム４が通され、こ
れにより、中性粒子ビーム５の軌道からイオンビーム４
が偏向されて分離させている。分離したイオンビーム
は、ビームダンプと呼ばれる受熱機器３に入射されて、
熱エネルギーに変換されて除去されている。A deflecting electromagnet 14 for separating ions that have not been neutralized and remained in the neutralization cell 12 from the neutral particle beam is usually provided at the outlet of the neutralization cell 12. In the magnetic field generated by this bending electromagnet 14,
The neutral particle beam 5 and the residual ion beam 4 are passed, whereby the ion beam 4 is moved from the trajectory of the neutral particle beam 5.
Are deflected and separated. The separated ion beam enters a heat receiving device 3 called a beam dump,
It is converted into heat energy and removed.
【０００６】図８には、イオンビームと偏向電磁石の関
係が模式的に示されている。図６に示すように、符号１
５は、中性化セル１２の出口部１６における中性粒子と
イオンとが混在するビームの断面を示している。ビーム
１５の断面形状は、イオン源からビームを引き出す加速
部１１の電極形状に依存しており、通常、円形、矩形、
楕円形あるいはレーストラック形状である。図６には、
一例として、楕円形状のビーム１５が示されている。FIG. 8 schematically shows the relationship between the ion beam and the deflection electromagnet. As shown in FIG.
5 shows a cross section of a beam in which neutral particles and ions coexist at the exit portion 16 of the neutralization cell 12. The cross-sectional shape of the beam 15 depends on the electrode shape of the accelerating unit 11 that extracts the beam from the ion source, and is usually circular, rectangular,
It is oval or racetrack shaped. In Figure 6,
As an example, an elliptical beam 15 is shown.
【０００７】中性化セル１２から射出された中性粒子と
イオンが混在するビーム１５は、偏向電磁石１４の磁極
１７の間を通過する。電磁石１４の磁極１７間に生じる
磁場の強さは、コイル１８に流す電流のアンペアターン
が同じ場合、磁極１７間の距離にほぼ比例する。逆に同
じ強さの磁場が生成される場合には、磁極１７間の距離
に比例してコイル１８に流す電流のアンペアターンが増
加される必要がある。そのため、電磁石１４の設計上、
磁極１７間の距離は短くした方がよい。したがって、矩
形、楕円形あるいはレーストラック形状の断面のビーム
１５では、磁極がビーム断面の短辺あるいは短軸を挾む
ように、偏向磁石１４が配置されることが多い。A beam 15 containing neutral particles and ions emitted from the neutralization cell 12 passes between magnetic poles 17 of a deflection electromagnet 14. The strength of the magnetic field generated between the magnetic poles 17 of the electromagnet 14 is substantially proportional to the distance between the magnetic poles 17 when the ampere-turns of the current flowing through the coil 18 are the same. On the contrary, when the magnetic field having the same strength is generated, the ampere-turn of the current flowing through the coil 18 needs to be increased in proportion to the distance between the magnetic poles 17. Therefore, in designing the electromagnet 14,
It is better to shorten the distance between the magnetic poles 17. Therefore, in the beam 15 having a rectangular, elliptical or racetrack-shaped cross section, the deflection magnet 14 is often arranged so that the magnetic poles sandwich the short side or the short axis of the beam cross section.
【０００８】中性化セル１２から射出されたビーム１５
のうち、イオンビーム４は、電荷を有しているため、磁
場中を通過すると、ローレンツ力によってその軌道が曲
げられる。一方、中性粒子ビーム５は、電荷を有しない
ため、ローレンツ力が作用せず直進する。ローレンツ力
は、磁場の方向とイオンビームの速度方向の両方に直交
する方向に作用する。そのため、図６においては、イオ
ンビーム４は、Ｚ−Ｙ面１９に平行な面内でローレンツ
力を受けて偏向される。このイオンビーム４は、Ｘ方向
の速度成分Ｖｚと、磁場の強さＢに対して、ｚ／Ｂに比
例して決まる曲率半径で円弧を描いて、中性粒子ビーム
５の軌道から外れていく。磁場が弱いと曲率半径は大き
くなり、磁場が強いと曲率半径は小さくなる。従って、
磁場が強くなるほどイオンビーム４は、曲がりが大きく
なる。The beam 15 emitted from the neutralization cell 12
Among them, since the ion beam 4 has an electric charge, its trajectory is bent by the Lorentz force when it passes through the magnetic field. On the other hand, since the neutral particle beam 5 has no electric charge, it does not act on the Lorentz force and goes straight. The Lorentz force acts in a direction orthogonal to both the magnetic field direction and the ion beam velocity direction. Therefore, in FIG. 6, the ion beam 4 is deflected by receiving the Lorentz force in the plane parallel to the Z-Y plane 19. The ion beam 4 departs from the trajectory of the neutral particle beam 5 by drawing an arc with a radius of curvature determined in proportion to z / B with respect to the velocity component Vz in the X direction and the magnetic field strength B. . The radius of curvature increases when the magnetic field is weak, and decreases when the magnetic field is strong. Therefore,
The stronger the magnetic field, the larger the bending of the ion beam 4.
【０００９】一般に、中性粒子入射装置では、中性粒子
ビームがプラズマ中心あるいはその近傍で焦点を結ぶよ
うに入射されているため、イオン源１０から射出された
ビームは、平行ビームではなく収束ビームである。その
ため、偏向を受けたイオンビーム４も焦点を結ぶ。この
場合、偏向磁場が強いほど、焦点は、偏向磁石１４に近
くなる。ビームダンプ３がこの焦点近傍に設けられる
と、熱負荷が大きくなり過ぎる。そのため、ビームダン
プ３は、焦点近傍を外して配置されている。さらに、ビ
ームダンプ３の受熱面がビーム軸に対して傾きをもって
配置され、これにより、単位面積あたりのビーム強度が
低減されて熱負荷が緩和されている。Generally, in the neutral particle injector, since the neutral particle beam is incident so as to be focused at or near the center of plasma, the beam emitted from the ion source 10 is not a parallel beam but a convergent beam. Is. Therefore, the deflected ion beam 4 is also focused. In this case, the stronger the deflection magnetic field, the closer the focus is to the deflection magnet 14. If the beam dump 3 is provided in the vicinity of this focus, the heat load becomes too large. Therefore, the beam dump 3 is arranged outside the focal point. Further, the heat receiving surface of the beam dump 3 is arranged with an inclination with respect to the beam axis, whereby the beam intensity per unit area is reduced and the heat load is alleviated.
【００１０】なお、中性粒子入射装置には、負イオンを
中性化して入射する方式もある。この方式の中性粒子入
射装置では、中性化セル出口では正、負両方の極性の残
留イオンが存在し、正イオンと負イオンでは、極性が反
対なだけである。そのため、負イオンビームが偏向磁場
を通過すると、正イオンの場合に比べて、反対方向にロ
ーレンツ力を受け、正イオンとは別々に分離される。There is also a method of neutralizing negative ions and injecting them into the neutral particle injector. In this type of neutral particle injector, there are residual ions of both positive and negative polarities at the exit of the neutralization cell, and the positive and negative ions have only opposite polarities. Therefore, when the negative ion beam passes through the deflection magnetic field, it receives a Lorentz force in the opposite direction as compared with the case of positive ions and is separated from positive ions separately.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中性粒
子ビームの強度が増加すると、それにともなってイオン
ビームの強度も増加する。その結果、ビームダンプに入
射するイオンビームの強度も増加し、ビームダンプでの
熱負荷が増大して、ビームダンプが損傷してしまう虞れ
がある。また、長時間中性粒子ビームを入射するような
運転時にも、ビームダンプが熱負荷に耐えられなくなる
虞れがある。このような場合、ビームダンプへ入射する
単位面積あたりのイオンビーム強度を低減させる必要が
あるといった問題がある。However, as the intensity of the neutral particle beam increases, so does the intensity of the ion beam. As a result, the intensity of the ion beam incident on the beam dump also increases, the thermal load on the beam dump increases, and the beam dump may be damaged. Further, the beam dump may not be able to withstand the heat load even during the operation in which the neutral particle beam is incident for a long time. In such a case, there is a problem that it is necessary to reduce the intensity of the ion beam incident on the beam dump per unit area.
【００１２】このような問題の対処として、単位面積当
りのイオンビーム強度を低減させる方法の一つとして、
ビームダンプに対するイオンビームの入射角度が小さく
なるようにビームダンプを配置して、ビームの入射面積
を広げる方法がある。従来、このような方法によりビー
ムダンプが設計されていた。As one of the methods for reducing the ion beam intensity per unit area as a countermeasure to such a problem,
There is a method of expanding the incident area of the beam by arranging the beam dump so that the incident angle of the ion beam with respect to the beam dump becomes small. Conventionally, the beam dump has been designed by such a method.
【００１３】しかしながら、イオン偏向磁石が１つであ
り、磁場によって決まるイオンビームの軌道には、おの
ずと限界があり、ビームの入射面積を広げることは比較
的困難であった。また、ビーム強度が増加すると、イオ
ンビームの入射角がさらに小さくなるうよに、ビームダ
ンプを配置する必要がある。そのため、ビームダンプ
は、イオンビームのビーム軸方向に広がった構造にな
り、結果として、長く大きくなり、ビームダンプの設計
に困難となる。However, since there is only one ion deflection magnet and the trajectory of the ion beam determined by the magnetic field is naturally limited, it was relatively difficult to widen the beam incident area. Further, it is necessary to dispose the beam dump so that the incident angle of the ion beam becomes smaller as the beam intensity increases. Therefore, the beam dump has a structure that spreads in the beam axis direction of the ion beam, and as a result, it becomes long and large, which makes it difficult to design the beam dump.
【００１４】また、イオン偏向磁石が１台の場合は、イ
オンビームの偏向方向が限定され、ビームダンプの構
造、設置位置も限定されてしまう。例えば、図６に示し
たように、イオンビームは、Ｚ−Ｙ面１９に平行な面内
でしか偏向を受ない。従って、１つの偏向磁石によりイ
オンビームを偏向させる方法では、Ｚ−Ｙ面に平行な面
内方向以外の方向にイオンビームを曲げることはできな
い。そのため、イオンビームの熱負荷を拡散させること
にも限界がある。If only one ion deflection magnet is used, the deflection direction of the ion beam is limited, and the structure and installation position of the beam dump are also limited. For example, as shown in FIG. 6, the ion beam is deflected only in a plane parallel to the Z-Y plane 19. Therefore, the method of deflecting the ion beam with one deflection magnet cannot bend the ion beam in a direction other than the in-plane direction parallel to the Z-Y plane. Therefore, there is a limit in diffusing the heat load of the ion beam.
【００１５】さらに、一例として、楕円断面形状のビー
ムでは、楕円断面の長軸方向に磁場をかけてイオンビー
ムを偏向させる方法もある。しかしながら、この場合に
は、偏向磁石の磁極間の距離が大きくなり、偏向電磁石
の大型化、アンペアターンの増大を招来する。Further, as an example, for a beam having an elliptical cross section, there is also a method of deflecting the ion beam by applying a magnetic field in the major axis direction of the elliptical cross section. However, in this case, the distance between the magnetic poles of the deflection magnet becomes large, which leads to an increase in the size of the deflection electromagnet and an increase in ampere-turns.
【００１６】さらに、ビームは、その中央部の方がビー
ム強度が強いため、イオンビーム入射面では、周辺と中
央部では、相当なビーム強度の差異が生じている。ま
た、長時間イオンビームがビームダンプに入射する場合
にも、中央部の方が熱負荷が大きくなる。これを防止す
るためには、イオンビームを掃引する方法があるが、偏
向電磁石が１台の場合には、大電流を短時間に変化させ
る電源が必要となり、コストの高騰を招来するといった
問題もある。Further, since the beam has a stronger beam intensity at the central portion thereof, there is a considerable difference in beam intensity between the peripheral portion and the central portion on the ion beam incident surface. Further, even when the ion beam is incident on the beam dump for a long time, the heat load becomes larger in the central portion. In order to prevent this, there is a method of sweeping the ion beam, but in the case where there is only one bending electromagnet, a power source that changes a large current in a short time is required, which also causes a problem of high cost. is there.
【００１７】本発明の目的は、上述したような事情に鑑
みてなされたものであって、装置の大型化及びアンペア
ターンの増大を招来することなく、高強度のイオンビー
ムが入射する場合、イオンビームが長時間入射するよう
な場合であっても、ビームダンプへのイオンビームの熱
負荷を緩和してビームダンプの損傷を確実に防止できる
イオン偏向磁石を提供することにある。The object of the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and when a high-intensity ion beam is incident without inviting an increase in the size of the apparatus and an increase in ampere-turns, the ion An object of the present invention is to provide an ion deflection magnet that can reliably prevent damage to a beam dump by relaxing the thermal load of the ion beam on the beam dump even when the beam is incident for a long time.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る中性粒子入射装置用イオン
偏向磁石は、中性粒子ビームからイオンビームを分離す
るイオン偏向磁石であって、中性粒子ビームラインに沿
って配置され、中性粒子ビームと共に進行しているイオ
ンビームをローレンツ力によって偏向させる主磁石と、
この主磁石により一旦偏向されたイオンビームをローレ
ンツ力によってさらに偏向させて所定方向に導く補助磁
石と、を具備することを特徴としている。To achieve this object, an ion deflection magnet for a neutral particle injector according to claim 1 of the present invention is an ion deflection magnet for separating an ion beam from a neutral particle beam. A main magnet that is arranged along the neutral particle beam line and that deflects the ion beam traveling with the neutral particle beam by Lorentz force,
It is characterized by further comprising: an auxiliary magnet that further deflects the ion beam once deflected by the main magnet by the Lorentz force and guides it in a predetermined direction.
【００１９】また、請求項２に係るイオン偏向磁石は、
補助磁石の磁場の方向が主磁石の磁場の方向に対して異
なるように、補助磁石が配置されていることを特徴とし
ている。The ion deflection magnet according to claim 2 is
The auxiliary magnet is arranged so that the direction of the magnetic field of the auxiliary magnet is different from the direction of the magnetic field of the main magnet.
【００２０】さらに、請求項３に係るイオン偏向磁石
は、イオンビームが正負両極のイオンを含む場合に、主
磁石により分離された正イオンビームと負イオンビーム
とを各々別々に偏向させる２つの補助磁石を具備するこ
とを特徴としている。Further, in the ion deflection magnet according to the third aspect of the present invention, when the ion beam contains ions of both positive and negative polarities, two auxiliary ions for separately deflecting the positive ion beam and the negative ion beam separated by the main magnet are provided. It is characterized by having a magnet.
【００２１】さらに、請求項４に係るイオン偏向磁石
は、請求項１に記載のイオン偏向磁石において、中性粒
子ビームからイオンビームを分離するイオン偏向方法で
あって、補助磁石の通電時間を、主磁石の通電時間内で
且つ主磁石の通電時間より短くし、又は、補助磁石の通
電時間を、主磁石の通電時間内で変化させ、その結果、
イオンビームの進行方向を可変にしたことを特徴として
いる。Further, an ion deflection magnet according to a fourth aspect is the ion deflection magnet according to the first aspect, which is an ion deflection method for separating an ion beam from a neutral particle beam, wherein energization time of an auxiliary magnet is Within the energization time of the main magnet and shorter than the energization time of the main magnet, or the energization time of the auxiliary magnet is changed within the energization time of the main magnet, as a result,
The feature is that the traveling direction of the ion beam is variable.
【００２２】[0022]
【作用】このように、本発明の請求項１では、主磁石に
加えて、補助磁石が設けられているため、主磁石一台の
みでイオンビームを偏向分離する場合に比べて、主磁石
により中性粒子ビームから一旦分離されたイオンビーム
のみを補助磁石によってより自由な方向に偏向すること
ができる。そのため、ビームダンプへのイオンビームの
入射方向及び角度等を種々に設定することにより、従来
問題となっていたビームダンプへのイオンビームの熱負
荷を緩和してビームダンプの損傷を確実に防止できる。
このように、イオンビームの偏向方向及び、偏向方法の
自由度が増大し、ビームダンプの構造及び設置位置の自
由度が増大する。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the auxiliary magnet is provided in addition to the main magnet, compared with the case where the ion beam is deflected and separated by only one main magnet, the main magnet is used. Only the ion beam once separated from the neutral particle beam can be deflected in a more free direction by the auxiliary magnet. Therefore, by setting the incident direction and angle of the ion beam to the beam dump variously, the thermal load of the ion beam on the beam dump, which has been a problem in the past, can be mitigated and the damage of the beam dump can be reliably prevented. .
In this way, the degree of freedom of the deflection direction and the deflection method of the ion beam is increased, and the flexibility of the structure and installation position of the beam dump is increased.
【００２３】また、イオンビームを大きく偏向させよう
とする場合、主磁石の磁場が弱くても、補助磁石により
再度偏向可能であるため、偏向磁石一台当りのアンペア
ターンを少なくすることができ、偏向磁石及び電源を小
型化できる。Further, when the ion beam is to be largely deflected, even if the magnetic field of the main magnet is weak, it can be deflected again by the auxiliary magnet, so that the ampere-turn per deflection magnet can be reduced, The deflection magnet and the power supply can be downsized.
【００２４】請求項２では、補助磁石の磁場の方向が主
磁石の磁場の方向に対して異なるように、補助磁石が配
置されているため、主磁石と異なる方法にイオンビーム
を偏向することが可能になる。その結果、方向の異なる
２つ以上の面の面内方向へのイオンビームの偏向がで
き、各方向へのイオンビームの偏向角度を適切に選定す
ることによってイオンビームを発散させることも可能と
なり、これにより、ビームダンプの受熱面におけるイオ
ンビームの熱負荷の低減を図ることができる。In the second aspect, since the auxiliary magnet is arranged so that the direction of the magnetic field of the auxiliary magnet is different from the direction of the magnetic field of the main magnet, the ion beam can be deflected by a method different from that of the main magnet. It will be possible. As a result, the ion beam can be deflected in the in-plane direction of two or more surfaces having different directions, and the ion beam can be diverged by appropriately selecting the deflection angle of the ion beam in each direction. Thereby, the heat load of the ion beam on the heat receiving surface of the beam dump can be reduced.
【００２５】さらに、請求項３では、主磁石により分離
された正イオンビームと負イオンビームとを各々別々に
偏向させる２つの補助磁石が設けられている。そのた
め、イオンビームが正負両極のイオンを含む場合であっ
ても、両イオンビームを別々に且つ自由な方向に偏向分
離することができる。Further, in claim 3, two auxiliary magnets for separately deflecting the positive ion beam and the negative ion beam separated by the main magnet are provided. Therefore, even when the ion beam includes ions of both positive and negative polarities, both ion beams can be separately deflected and separated in free directions.
【００２６】さらに、請求項４では、補助磁石の通電時
間を、主磁石の通電時間内で且つ主磁石の通電時間より
短くし、又は、補助磁石の通電時間を、主磁石の通電時
間内で変化し、その結果、イオンビームの進行方向を可
変にしている。このように、通電時間を変化することに
より、ビームダンプへのイオンビームの入射位置を自由
に変化することができる。Further, in claim 4, the energization time of the auxiliary magnet is set within the energization time of the main magnet and shorter than the energization time of the main magnet, or the energization time of the auxiliary magnet is set within the energization time of the main magnet. As a result, the traveling direction of the ion beam is made variable. In this way, the incident position of the ion beam on the beam dump can be freely changed by changing the energization time.
【００２７】さらに、補助磁石の磁場範囲を制限するこ
とにより、主磁石で偏向されたイオンビームを一部のみ
偏向することも可能である。Further, by limiting the magnetic field range of the auxiliary magnet, it is possible to partially deflect the ion beam deflected by the main magnet.
【００２８】[0028]
【実施例】以下、本発明の実施例に係るイオン偏向装置
及びイオン偏向方法を図面を参照しつつ説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An ion deflecting device and an ion deflecting method according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２９】図１は、本発明の第１の実施例に係るイオ
ン偏向装置の模式的構成図である。この図１に示すよう
に、本実施例では、図６に示す中性化セル１２から射出
された中性粒子ビームのビームラインに沿って、主磁石
１が配置されている。この主磁石１には、磁極１ａが設
けられており、この磁極１ａを巻回するコイル１ｂが設
けられている。なお、図１には、詳細に示されていない
が、主磁石１は、図６に示すように、中性粒子ビームを
挟むように一対配置されている。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ion deflection apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this embodiment, the main magnet 1 is arranged along the beam line of the neutral particle beam emitted from the neutralization cell 12 shown in FIG. The main magnet 1 is provided with a magnetic pole 1a, and a coil 1b for winding the magnetic pole 1a. Although not shown in detail in FIG. 1, a pair of main magnets 1 are arranged so as to sandwich the neutral particle beam, as shown in FIG.
【００３０】さらに、本実施例では、主磁石１により一
旦偏向されたイオンビームをローレンツ力によってさら
に偏向させて所定方向に導く補助磁石２が、主磁石１に
対して略直角になるように配置されている。この補助磁
石２では、磁極２ａが設けられており、この磁極１ａを
巻回するコイル２ｂが設けられている。なお、図１に
は、詳細に示されていないが、補助磁石２も、イオンビ
ームを挟むように一対配置されている。Further, in the present embodiment, the auxiliary magnet 2 which further deflects the ion beam once deflected by the main magnet 1 by the Lorentz force and guides it in a predetermined direction is arranged so as to be substantially perpendicular to the main magnet 1. Has been done. The auxiliary magnet 2 is provided with a magnetic pole 2a and a coil 2b for winding the magnetic pole 1a. Although not shown in detail in FIG. 1, a pair of auxiliary magnets 2 are also arranged so as to sandwich the ion beam.
【００３１】さらに、本実施例では、ビームダンプ３が
補助磁石２と略平行になるように配置されている。この
ビームダンプ３の受熱面は、本実施例では、補助磁石２
に対向する側に設けられている。Further, in this embodiment, the beam dump 3 is arranged so as to be substantially parallel to the auxiliary magnet 2. In this embodiment, the heat receiving surface of the beam dump 3 is the auxiliary magnet 2
Is provided on the side opposite to.
【００３２】このように構成されているため、主磁石１
に沿って中性粒子ビーム５と共に進行しているイオンビ
ーム４は、主磁石１の磁界によるローレンツ力によって
偏向させられて、中性粒子ビーム５から分離される。次
いで、この分離されたイオンビーム４は、補助磁石２の
磁界によるローレンツ力によって偏向され、ビームダン
プ３に向かう方向に曲げられる。これにより、イオンビ
ーム４は、中性粒子ビーム５側に戻るように曲げられ、
ビームダンプ３の受熱面に入射されて、熱エネルギーに
変換されて除去されている。Due to this structure, the main magnet 1
The ion beam 4 traveling along with the neutral particle beam 5 is deflected by the Lorentz force by the magnetic field of the main magnet 1 and separated from the neutral particle beam 5. Next, the separated ion beam 4 is deflected by the Lorentz force by the magnetic field of the auxiliary magnet 2 and bent in the direction toward the beam dump 3. As a result, the ion beam 4 is bent so as to return to the neutral particle beam 5 side,
It is incident on the heat receiving surface of the beam dump 3, converted into heat energy and removed.
【００３３】以上述べたように、本実施例では、イオン
ビームは、主磁石１によって一旦偏向・分離された後、
補助磁石２によって偏向され、ビームダンプ３の受熱面
に入射されている。このように、イオンビームは、２段
階に偏向されているため、主磁石１の位置及び磁場強度
と補助磁石２のの位置及び磁場強度とを種々に組合わせ
ることにより、主磁石一台のみによりイオンビームを偏
向・分離する場合に比べると、数多い偏向方式が選択さ
れることができる。また、ビームダンプ３の配置、形状
の自由度が増加するため、受熱面における単位面積当り
のイオンビームの強度の低減を図ることができる。さら
に、図１に示す本実施例の場合には、ビームダンプ３の
受熱面が中性粒子ビーム５側に向けられることなくビー
ムダンプ３が配置されることができる。そのため、イオ
ンビーム４がビームダンプ３に入射した場合に、受熱面
からスパッタされた粒子が中性粒子ビーム５の軌道上に
飛散することを確実に防止できる。As described above, in the present embodiment, the ion beam is once deflected / separated by the main magnet 1 and then
It is deflected by the auxiliary magnet 2 and is incident on the heat receiving surface of the beam dump 3. As described above, since the ion beam is deflected in two steps, various combinations of the position and magnetic field strength of the main magnet 1 and the position and magnetic field strength of the auxiliary magnet 2 are used so that only one main magnet is used. Many deflection methods can be selected as compared with the case of deflecting / separating the ion beam. Further, since the degree of freedom in arrangement and shape of the beam dump 3 is increased, it is possible to reduce the intensity of the ion beam per unit area on the heat receiving surface. Further, in the case of the present embodiment shown in FIG. 1, the beam dump 3 can be arranged without the heat receiving surface of the beam dump 3 being directed to the neutral particle beam 5 side. Therefore, when the ion beam 4 is incident on the beam dump 3, it is possible to reliably prevent the particles sputtered from the heat receiving surface from scattering on the trajectory of the neutral particle beam 5.
【００３４】さらに、主磁石１によってイオンビーム４
は既に中性粒子ビーム５から分離されているため、補助
磁石２によって全てのイオンビームが偏向される必要が
なく、一旦分離されたイオンビーム４に対する補助磁石
２の磁場領域を限定することにより、一部のイオンビー
ム４のみを補助磁石２により偏向することができる。Further, the main magnet 1 causes the ion beam 4
Is already separated from the neutral particle beam 5, it is not necessary for all the ion beams to be deflected by the auxiliary magnet 2, and by limiting the magnetic field region of the auxiliary magnet 2 to the once separated ion beam 4, Only part of the ion beam 4 can be deflected by the auxiliary magnet 2.
【００３５】次に、図２および図３を参照して、本発明
の第２の実施例に係るイオン偏向装置及びイオン偏向方
法を説明する。Next, with reference to FIGS. 2 and 3, an ion deflection apparatus and an ion deflection method according to a second embodiment of the present invention will be described.
【００３６】図２に示すように、本実施例では、補助磁
石２が主磁石１に対して斜めに配置されている。さら
に、ビームダンプ３は、２つの受熱面３ａ，３ｂからな
っており、これら受熱面３ａ，３ｂは、各々、角度をも
って配置されている。さらに、図３に示すように、主磁
石１及び補助磁石２の通電時間が異ならされている。す
なわち、図３において、縦軸は、上から各々、ビーム電
流値、主磁石１のコイル１ｂ、及び補助磁石２のコイル
２ｂを表しており、横軸は、時間を表している。ビーム
入射時間Ｔ1 に対して、主磁石１のコイル１ｂへの通電
時間Ｔ2 は、Ｔ2＞Ｔ1 と設定され、ビーム入射時間中
は、主磁石１は、常に励磁されている。さらに、補助磁
石２のコイル２ｂに流す電流は、当初は、小さくされ、
除々に大きくなるように変化されている。As shown in FIG. 2, in this embodiment, the auxiliary magnet 2 is arranged obliquely to the main magnet 1. Further, the beam dump 3 is composed of two heat receiving surfaces 3a and 3b, and these heat receiving surfaces 3a and 3b are respectively arranged at an angle. Furthermore, as shown in FIG. 3, the energization times of the main magnet 1 and the auxiliary magnet 2 are made different. That is, in FIG. 3, the vertical axis represents the beam current value, the coil 1b of the main magnet 1, and the coil 2b of the auxiliary magnet 2 from the top, and the horizontal axis represents time. The energization time T 2 to the coil 1b of the main magnet 1 is set to T 2 > T 1 with respect to the beam incident time T 1 , and the main magnet 1 is always excited during the beam incident time. Further, the current flowing through the coil 2b of the auxiliary magnet 2 is initially reduced,
It has been changed to gradually increase.
【００３７】このように構成されているため、図２に示
すように、イオンビーム４は、ビーム入射期間中、ビー
ムダンプ３の同じ位置に入射することはない。すなわ
ち、ビーム入射期間中の前半では、補助磁石２のコイル
２ｂには電流が流されないため、イオンビーム４は、補
助磁石２により偏向されずに主磁石１のみにより偏向・
分離されて直進し、ビームダンプ３の受熱面３ａに入射
される。その後、補助磁石２のコイル２ｂへの電流が除
々に大きくされると、イオンビーム４は補助磁石２によ
っても除々に偏向され、ビームダンプ３に入射する箇所
は、受熱面３ａから受熱面３ｂに除々に移行していく。
ビーム入射期間中の後半には、補助磁石２により強く偏
向されるため、イオンビーム４は、ビームダンプ３の受
熱面３ｂに入射される。このように、補助磁石２への通
電時間が偏向されて、ビームダンプ３へのイオンビーム
４の入射位置が変化されているため、ビームダンプ３の
局所的な温度上昇を確実に抑制することができる。Due to this structure, as shown in FIG. 2, the ion beam 4 does not enter the same position of the beam dump 3 during the beam incident period. That is, in the first half of the beam incident period, since no current is passed through the coil 2b of the auxiliary magnet 2, the ion beam 4 is not deflected by the auxiliary magnet 2 but is deflected by only the main magnet 1.
The beam is separated, goes straight, and is incident on the heat receiving surface 3 a of the beam dump 3. After that, when the current to the coil 2b of the auxiliary magnet 2 is gradually increased, the ion beam 4 is gradually deflected by the auxiliary magnet 2 as well, and the portion incident on the beam dump 3 moves from the heat receiving surface 3a to the heat receiving surface 3b. It gradually shifts.
In the latter half of the beam incident period, the ion beam 4 is strongly deflected by the auxiliary magnet 2, so that the ion beam 4 is incident on the heat receiving surface 3b of the beam dump 3. As described above, since the energization time to the auxiliary magnet 2 is deflected and the incident position of the ion beam 4 on the beam dump 3 is changed, it is possible to reliably suppress the local temperature rise of the beam dump 3. it can.
【００３８】さらに、図４に第２の実施例の変形例を示
す。この変形例では、主磁石１のコイル１ｂへの通電時
間Ｔ2 は、Ｔ2 ＞Ｔ1 と設定され、ビーム入射時間中
は、主磁石１は、常に励磁されているが、補助磁石２の
コイル２ｂへの通電時間Ｔ3 は、Ｔ3 ＜Ｔ1 と設定さ
れ、ビーム入射時間中の一部だけとされている。この変
形例でも、ビームダンプ３へのイオンビーム４の入射位
置が変化されるため、ビームダンプ３の局所的な温度上
昇を確実に抑制することができる。Further, FIG. 4 shows a modification of the second embodiment. In this modification, the energization time T 2 to the coil 1b of the main magnet 1 is set to T 2 > T 1, and the main magnet 1 is always excited during the beam incident time, but the auxiliary magnet 2 The energization time T 3 to the coil 2b is set as T 3 <T 1, and is set to be a part of the beam incident time. Also in this modification, since the incident position of the ion beam 4 on the beam dump 3 is changed, it is possible to reliably suppress the local temperature rise of the beam dump 3.
【００３９】次に、図５を参照して、本発明の第３の実
施例に係るイオン偏向装置を説明する。Next, with reference to FIG. 5, an ion deflection apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
【００４０】本実施例では、補助磁石２の磁界方向が主
磁石１の磁界方向と略９０°異なる方向になるように、
補助磁石２が配置されている。そのため、イオンビーム
４は、主磁石１偏向と受けた方向と略９０°異なる方向
に偏向されることができる。In this embodiment, the magnetic field direction of the auxiliary magnet 2 differs from the magnetic field direction of the main magnet 1 by approximately 90 °,
The auxiliary magnet 2 is arranged. Therefore, the ion beam 4 can be deflected in a direction different from the direction in which it is deflected by the deflection of the main magnet 1 by approximately 90 °.
【００４１】このように構成されているため、イオンビ
ーム４は、一つの面内方向だけでなく二つの面内方向に
偏向されることができる。そのため、各方向へのイオン
ビームの偏向角度を適宜設定することによって、イオン
ビーム４を発散させることが可能になる。その結果、ビ
ームダンプ３の受熱面における入射面積が広がり、単位
面積当りの入射熱量を低減することができる。Due to such a constitution, the ion beam 4 can be deflected not only in one in-plane direction but also in two in-plane directions. Therefore, the ion beam 4 can be diverged by appropriately setting the deflection angle of the ion beam in each direction. As a result, the incident area on the heat receiving surface of the beam dump 3 is expanded, and the amount of incident heat per unit area can be reduced.
【００４２】次に、図６を参照して、本発明の第４の実
施例に係るイオン偏向装置を説明する。Next, with reference to FIG. 6, an ion deflecting device according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
【００４３】本実施例は、負イオンを利用した中性粒子
入射装置の場合の実施例である。この負イオンを利用し
た中性粒子入射装置では、正負両方の極性のイオンを除
去する必要がある。図４に示すように、主磁石１の磁界
中をイオンビームが通過すると、正イオンビーム８と負
イオンビーム９とは各々反対の方向に偏向される。その
ため、中性粒子ビーム軸５と主磁石１の磁界とが直交し
ている場合には、正イオンビーム８と負イオンビーム９
とは、中性粒子ビーム軸５に対して対称な方向に偏向さ
れる。従って、本実施例では、正イオンビーム８を偏向
するための補助磁石２が配置されている他に、負イオン
ビーム９を偏向するための補助磁石２０が別途設けられ
ている。The present embodiment is an embodiment in the case of a neutral particle injector using negative ions. In the neutral particle injector using this negative ion, it is necessary to remove both positive and negative polar ions. As shown in FIG. 4, when the ion beam passes through the magnetic field of the main magnet 1, the positive ion beam 8 and the negative ion beam 9 are deflected in opposite directions. Therefore, when the neutral particle beam axis 5 and the magnetic field of the main magnet 1 are orthogonal to each other, the positive ion beam 8 and the negative ion beam 9
And are deflected in a direction symmetrical with respect to the neutral particle beam axis 5. Therefore, in this embodiment, in addition to the auxiliary magnet 2 for deflecting the positive ion beam 8, an auxiliary magnet 20 for deflecting the negative ion beam 9 is additionally provided.
【００４４】このように構成されているため、主磁石１
の磁界を通過した正イオンビーム８と負イオンビーム９
とは、各々、中性粒子ビーム軸５に対して対称な反対方
向に偏向・分離される。その後、正イオンビーム８は、
補助磁石２によってビームダンプ３の受熱面３ａに向け
て偏向される一方、負イオンビーム９は、補助磁石２０
によって別の負イオン用のビームダンプ２１の受熱面２
１ａに向けて偏向される。本実施例の場合も、上述した
実施例の作用・効果を奏することは勿論である。Due to this structure, the main magnet 1
Positive ion beam 8 and negative ion beam 9 that have passed through the magnetic field of
And are respectively deflected and separated in opposite directions symmetrical with respect to the neutral particle beam axis 5. After that, the positive ion beam 8 is
While being deflected by the auxiliary magnet 2 toward the heat receiving surface 3 a of the beam dump 3, the negative ion beam 9 is generated by the auxiliary magnet 20.
The heat receiving surface 2 of the beam dump 21 for another negative ion by
It is deflected toward 1a. Also in the case of this embodiment, it goes without saying that the effects and advantages of the above-described embodiment can be obtained.
【００４５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、種々変形可能であることは勿論である。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be variously modified.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１で
は、主磁石に加えて、補助磁石が設けられているため、
主磁石により中性粒子ビームから一旦分離されたイオン
ビームのみを補助磁石によってより自由な方向に偏向す
ることができる。そのため、ビームダンプへのイオンビ
ームの熱負荷を緩和してビームダンプの損傷を確実に防
止できる。このように、イオンビームの偏向方向及び、
偏向方法の自由度が増大し、ビームダンプの構造及び設
置位置の自由度が増大する。さらに、偏向磁石一台当り
のアンペアターンを少なくすることができ、偏向磁石及
び電源を小型化できる。As described above, in claim 1 of the present invention, since the auxiliary magnet is provided in addition to the main magnet,
Only the ion beam once separated from the neutral particle beam by the main magnet can be deflected in a more free direction by the auxiliary magnet. Therefore, the thermal load of the ion beam on the beam dump can be relaxed and the beam dump can be reliably prevented from being damaged. In this way, the deflection direction of the ion beam and
The degree of freedom of the deflection method is increased, and the degree of freedom of the structure and installation position of the beam dump is increased. Furthermore, the ampere-turn per deflecting magnet can be reduced, and the deflecting magnet and the power source can be downsized.
【００４７】請求項２では、主磁石と異なる方法にイオ
ンビームを偏向することが可能であるため、方向の異な
る２つ以上の面の面内方向へのイオンビームの偏向がで
き、各方向へのイオンビームの偏向角度を適切に選定す
ることによってイオンビームを発散させることも可能と
なり、これにより、ビームダンプの受熱面におけるイオ
ンビームの熱負荷の低減を図ることができる。In the second aspect, the ion beam can be deflected by a method different from that of the main magnet. Therefore, the ion beam can be deflected in the in-plane direction of two or more planes having different directions, and each direction can be deflected. It is also possible to diverge the ion beam by properly selecting the deflection angle of the ion beam, and thereby the thermal load of the ion beam on the heat receiving surface of the beam dump can be reduced.
【００４８】さらに、請求項３では、主磁石により分離
された正イオンビームと負イオンビームとを各々別々に
偏向させる２つの補助磁石が設けられている。そのた
め、イオンビームが正負両極のイオンを含む場合であっ
ても、両イオンビームを別々に且つ自由な方向に偏向分
離することができる。Further, in claim 3, two auxiliary magnets for separately deflecting the positive ion beam and the negative ion beam separated by the main magnet are provided. Therefore, even when the ion beam includes ions of both positive and negative polarities, both ion beams can be separately deflected and separated in free directions.
【００４９】さらに、請求項４では、補助磁石の通電時
間を、主磁石の通電時間内で且つ主磁石の通電時間より
短くし、又は、補助磁石の通電時間を、主磁石の通電時
間内で変化し、その結果、イオンビームの進行方向を可
変にしている。このように、通電時間を変化することに
より、ビームダンプへのイオンビームの入射位置を自由
に変化することができる。Furthermore, in claim 4, the energization time of the auxiliary magnet is set within the energization time of the main magnet and shorter than the energization time of the main magnet, or the energization time of the auxiliary magnet is set within the energization time of the main magnet. As a result, the traveling direction of the ion beam is made variable. In this way, the incident position of the ion beam on the beam dump can be freely changed by changing the energization time.
【図１】本発明の第１の実施例に係るイオン偏向装置の
模式的構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ion deflection device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例に係るイオン偏向装置の
模式的構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ion deflection device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例に係る各磁石の通電時間
と電流値との関係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the energization time and the current value of each magnet according to the second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２の実施例の変形例に係る各磁石の
通電時間と電流値との関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the energization time and the current value of each magnet according to the modification of the second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施例に係るイオン偏向装置の
模式的構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an ion deflection device according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第４の実施例に係るイオン偏向装置の
模式的構成図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an ion deflection device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】中性粒子入射装置及び従来に係るイオン偏向装
置の模式的構成図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injector and a conventional ion deflector.
【図８】従来に係るイオンビームとイオン偏向装置との
関係の模式的構成図。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a relationship between a conventional ion beam and an ion deflection device.
１ 主磁石 ２ 補助磁石 ３ ビームダンプ ４ イオンビーム ５ 中性粒子ビーム 1 main magnet 2 auxiliary magnet 3 beam dump 4 ion beam 5 neutral particle beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎 藤 房 男 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Fumio Saito 1-1-1, Shibaura, Minato-ku, Tokyo Inside Toshiba Head Office
Claims (4)
るイオン偏向磁石であって、 中性粒子ビームラインに沿って配置され、中性粒子ビー
ムと共に進行しているイオンビームをローレンツ力によ
って偏向させる主磁石と、 この主磁石により一旦偏向されたイオンビームをローレ
ンツ力によってさらに偏向させて所定方向に導く補助磁
石と、を具備することを特徴とするイオン偏向磁石。1. An ion deflection magnet for separating an ion beam from a neutral particle beam, which is arranged along a neutral particle beam line and deflects an ion beam traveling together with the neutral particle beam by a Lorentz force. An ion deflection magnet, comprising: a main magnet; and an auxiliary magnet that further deflects the ion beam once deflected by the main magnet by a Lorentz force to guide the ion beam in a predetermined direction.
向に対して異なるように、補助磁石が配置されているこ
とを特徴とする請求項１に記載のイオン偏向磁石。2. The ion deflection magnet according to claim 1, wherein the auxiliary magnet is arranged such that the direction of the magnetic field of the auxiliary magnet is different from the direction of the magnetic field of the main magnet.
合に、主磁石により分離された正イオンビームと負イオ
ンビームとを各々別々に偏向させる２つの補助磁石を具
備することを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン
偏向磁石。3. When the ion beam contains ions of both positive and negative polarities, two auxiliary magnets for separately deflecting the positive ion beam and the negative ion beam separated by the main magnet are provided. Item 3. The ion deflection magnet according to item 1 or 2.
て、中性粒子ビームからイオンビームを分離するイオン
偏向方法であって、 補助磁石の励磁時間を、主磁石の励磁時間内で且つ主磁
石の励磁時間より短くし、又は、 補助磁石の通電時間を、主磁石の励磁時間内で変化さ
せ、 その結果、イオンビームの進行方向を可変にしたことを
特徴とするイオン偏向方法。4. The ion deflection magnet according to claim 1, wherein the ion deflection method separates the ion beam from the neutral particle beam, wherein the excitation time of the auxiliary magnet is within the excitation time of the main magnet and the main magnet. The ion deflection method is characterized in that the energization time of the auxiliary magnet is changed within the excitation time of the main magnet so that the advancing direction of the ion beam is made variable.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5328686A JPH07191169A (en) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | Ion deflecting magnet and method for ion deflecting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5328686A JPH07191169A (en) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | Ion deflecting magnet and method for ion deflecting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07191169A true JPH07191169A (en) | 1995-07-28 |
Family
ID=18213038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5328686A Pending JPH07191169A (en) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | Ion deflecting magnet and method for ion deflecting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07191169A (en) |
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