JPH08338889A - Diamond clad device and method for fusion reactor first wall - Google Patents

Diamond clad device and method for fusion reactor first wall

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JPH08338889A
JPH08338889A JP7146316A JP14631695A JPH08338889A JP H08338889 A JPH08338889 A JP H08338889A JP 7146316 A JP7146316 A JP 7146316A JP 14631695 A JP14631695 A JP 14631695A JP H08338889 A JPH08338889 A JP H08338889A
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JP
Japan
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wall
magnetic field
reaction vessel
diamond
fusion reactor
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JP7146316A
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Japanese (ja)
Inventor
Izumi Hosogai
いずみ 細貝
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Abstract

PURPOSE: To enable directly cladding diamond thin film with large area, few impurity and good crystallinity. CONSTITUTION: Provided are a reaction vessel 16 of which one end is opened and at the other end, seal plate 20 is placed to produce ECR(electron cyclotron resonance) plasma 23 in the front of the first wall, a gas introduction inlet 17 projected from the open end of the reaction vessel 16 to supply the reaction vessel with reaction gas 18, a magnetic field generation means 22 arranged around the reaction vessel 16 and a waveguide 19 fixed to the other end of the reaction vessel 16 to introduce microwave 21.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は核融合炉第1壁のダイヤ
モンド被覆装置およびダイヤモンド被覆方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond coating device and a diamond coating method for a first wall of a fusion reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、核融合炉における第1壁は、プ
ラズマによる高熱負荷を受け、また高温にも晒されるた
め、高融点、高熱伝導であり、炉心プラズマが混入して
もプラズマ温度をさほど下げることのない低原子材料で
ある炭素材料が用いられており、この炭素材料としては
炭素からなるダイヤモンド被覆もその一つである。ま
た、被覆層が損傷を受けた場合には、第一壁の補修が容
易なプラズマガンを炉内に持ち込み、真空容器内での補
修が検討されている。
2. Description of the Related Art Generally, the first wall of a fusion reactor is subjected to a high heat load due to plasma and is also exposed to a high temperature, so that it has a high melting point and a high heat conduction. A carbon material which is a low atomic material that cannot be lowered is used, and a diamond coating made of carbon is one of the carbon materials. Further, when the coating layer is damaged, a plasma gun that can easily repair the first wall is brought into the furnace, and repair in the vacuum container is under study.

【0003】従来の核融合炉第1壁のダイヤモンド被覆
装置の一例として特開平4−353794号公報に開示
されたものがある。このダイヤモンド被覆装置は、図9
に示すように構造材1に冷却溝2が形成されるととも
に、高融点合金層3を被覆し、この高融点合金層3の表
面にプラズマジェット4によりダイヤモンド被覆層5が
被覆されている。
An example of a conventional diamond coating device for the first wall of a fusion reactor is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-353794. This diamond coating device is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the cooling groove 2 is formed in the structural material 1, the refractory alloy layer 3 is covered, and the diamond coating layer 5 is covered by the plasma jet 4 on the surface of the refractory alloy layer 3.

【0004】ここで、プラズマジェット4は、プラズマ
ガン6において高圧電極7間で発生したアルゴンプラズ
マ8とともに、反応気体9としてのメタンおよび水素を
高温にして放出させたものであり、このプラズマジェッ
ト4を高融点合金層3の表面に放射し、気体を急冷させ
ることにより、ダイヤモンドを析出させてダイヤモンド
被覆層5が形成される。
Here, the plasma jet 4 is one in which methane and hydrogen as the reaction gas 9 are heated to a high temperature and discharged together with the argon plasma 8 generated between the high voltage electrodes 7 in the plasma gun 6. Is radiated onto the surface of the high melting point alloy layer 3 to rapidly cool the gas, whereby diamond is deposited and the diamond coating layer 5 is formed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来のダイヤモンド被覆装置では、一箇所での被膜面
積が小さく、プラズマジェット4の断面積程度であり、
プラズマジェット4の直径が1気圧で4〜8mmであ
る。
By the way, in the conventional diamond coating apparatus as described above, the coating area at one place is small and the cross-sectional area of the plasma jet 4 is about the same.
The diameter of the plasma jet 4 is 4 to 8 mm at 1 atm.

【0006】そして、アルゴンプラズマ8を用いている
ため、生成したダイヤモンド薄膜中に取り込まれたアル
ゴンガスが炉心プラズマへ不純物として混入する問題が
ある。
Further, since the argon plasma 8 is used, there is a problem that the argon gas taken into the produced diamond thin film is mixed into the core plasma as an impurity.

【0007】また、プラズマジェット4中のプラズマの
空間的な存在は局所的であり、空間分布、プラズマ温度
が急激に変化しているため、プラズマジェット4により
生成したダイヤモンド被覆層5は結晶性が悪く、ダイヤ
モンド以外の物質、例えばアモルファスカーボンなども
ダイヤモンドとともに生成され、熱伝導性を悪くする問
題がある。
Further, since the spatial existence of plasma in the plasma jet 4 is local, and the spatial distribution and the plasma temperature change rapidly, the diamond coating layer 5 produced by the plasma jet 4 has a crystalline property. Unfortunately, substances other than diamond, such as amorphous carbon, are also generated together with diamond, and there is a problem that the thermal conductivity deteriorates.

【0008】さらに、プラズマジェット4によりダイヤ
モンド被覆層5を生成する際、被覆層表面が熱プラズマ
の高温に晒されるため、金属材であるSUSなどの構造
材に直接被覆することが不可能であり、上記のように高
融点合金層3を被覆してからダイヤモンド被覆を行うと
ともに、構造材を冷却する必要があった。
Further, when the diamond coating layer 5 is generated by the plasma jet 4, the surface of the coating layer is exposed to the high temperature of thermal plasma, so that it is impossible to directly coat the structural material such as SUS which is a metal material. As described above, it is necessary to coat the refractory alloy layer 3 and then diamond coating and cool the structural material.

【0009】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、大面積、不純物の少ない結晶性の良好なダイヤ
モンド薄膜を冷却の必要のない低温度で、金属材に直接
被覆することのできる核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆装置およびダイヤモンド被覆方法を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and a diamond thin film having a large area, a small amount of impurities and good crystallinity can be directly coated on a metal material at a low temperature which does not require cooling. An object of the present invention is to provide a diamond coating device and a diamond coating method for a first wall of a fusion reactor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項1は、一端を開放端とし他端に
気密封止板が装着され第1壁前にECRプラズマを生成
する反応容器と、この反応容器の開放端から突設され反
応容器に反応気体を供給する気体導入口と、上記反応容
器の外周に配設された磁場発生手段と、上記反応容器の
他端に取り付けられマイクロ波を導入するための導波管
とを備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is that one end is an open end and a hermetically sealing plate is attached to the other end to generate ECR plasma in front of the first wall. To the reaction container, a gas inlet projecting from the open end of the reaction container to supply a reaction gas to the reaction container, a magnetic field generating means arranged on the outer periphery of the reaction container, and the other end of the reaction container. And a waveguide for introducing microwaves.

【0011】請求項2は、請求項1記載の反応気体が水
素および炭素化合物からなることを特徴とする。
A second aspect of the present invention is characterized in that the reaction gas according to the first aspect comprises hydrogen and a carbon compound.

【0012】請求項3は、請求項1記載の磁場発生手段
が磁場コイルおよび永久磁石のいずれか一方であること
を特徴とする。
A third aspect of the invention is characterized in that the magnetic field generating means according to the first aspect is one of a magnetic field coil and a permanent magnet.

【0013】請求項4は、請求項1または3記載の磁場
発生手段が、反応容器の軸方向に対して所定角度となる
ように移動可能に構成したことを特徴とする。
A fourth aspect of the present invention is characterized in that the magnetic field generating means according to the first or third aspect is configured to be movable so as to form a predetermined angle with respect to the axial direction of the reaction container.

【0014】請求項5は、請求項1記載の反応容器に電
圧印加手段を接続したことを特徴とする。
A fifth aspect is characterized in that a voltage applying means is connected to the reaction vessel according to the first aspect.

【0015】請求項6は、反応容器に反応気体を供給
し、マイクロ波源から導波管を用いてマイクロ波を導入
するとともに、反応容器外周に配設した磁場発生手段を
励磁し、反応気体,上記マイクロ波および磁場の相互作
用により第1壁前にECRプラズマを生成し、金属材に
ダイヤモンドを被覆する核融合炉第1壁のダイヤモンド
被覆方法であって、上記磁場発生手段とともに、核融合
炉の真空容器の外部に配置したポロイダルコイルを励磁
したことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, the reaction gas is supplied to the reaction vessel, the microwave is introduced from the microwave source using the waveguide, and the magnetic field generating means disposed on the outer periphery of the reaction vessel is excited to generate the reaction gas, A fusion reactor in which ECR plasma is generated in front of the first wall by the interaction of the microwave and the magnetic field, and a metal material is coated with diamond. Is characterized by exciting a poloidal coil arranged outside the vacuum container.

【0016】[0016]

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項1において
は、電子サイクロトロン共鳴(以下、ECRという。)
プラズマ生成による被膜(ECRプラズマCVD法とし
て一般に知られている。)は、一箇所の被覆で数100
cm2 程度の被覆が可能であるため、第1壁前にECR
プラズマを生成させることにより、一度に大面積の被覆
が可能である。
In the first aspect of the present invention having the above structure, electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR).
A plasma-generated coating (generally known as an ECR plasma CVD method) produces several hundreds of coatings in one place.
Since a coating of about cm 2 is possible, the ECR in front of the first wall
A large area can be coated at once by generating plasma.

【0017】また、不純物が少なく結晶性の良好なダイ
ヤモンド薄膜を生成する条件として、被覆表面の温度条
件、プラズマ密度条件等があるが、マイクロ波の入力の
変化により被覆面温度、プラズマ密度の制御を行うこと
により、不純物の少ない、結晶性の良好なダイヤモンド
被覆層を形成することができる。
As conditions for producing a diamond thin film having few impurities and good crystallinity, there are temperature conditions of the coating surface, plasma density conditions, etc., and the control of the coating surface temperature and the plasma density by changing the microwave input. By performing the above, it is possible to form a diamond coating layer having few impurities and good crystallinity.

【0018】さらに、500〜800℃の被覆表面温度
でダイヤモンド被覆が行えるため、冷却や高融点材料の
被覆の必要がなく、構造材の表面に直接ダイヤモンド被
覆層を形成することができる。
Furthermore, since diamond coating can be performed at a coating surface temperature of 500 to 800 ° C., it is possible to form a diamond coating layer directly on the surface of a structural material without the need for cooling or coating with a high melting point material.

【0019】請求項2においては、アルゴンガスを用い
ず、ダイヤモンド生成元素である炭素を含有する炭素化
合物と、炉心プラズマ生成に用いられる気体と同じ水素
のみから構成される気体を用いることで、残留ガスや膜
中不純物の問題を回避することができる。
According to the second aspect of the present invention, by using a gas containing only a carbon compound containing carbon, which is a diamond-forming element, and hydrogen, which is the same as the gas used for core plasma generation, without using argon gas, the residual The problem of gas and impurities in the film can be avoided.

【0020】請求項3においては、磁場発生手段が磁場
コイルおよび永久磁石のいずれか一方であり、特に永久
磁石の場合にはコイル励磁のための電流駆動機構が不要
となり、装置の軽量化、簡素化が図れる。
According to a third aspect of the present invention, the magnetic field generating means is either a magnetic field coil or a permanent magnet. Particularly, in the case of a permanent magnet, a current drive mechanism for exciting the coil is not required, and the apparatus is lightweight and simple. Can be realized.

【0021】請求項4においては、磁場発生手段が、反
応容器の軸方向に対して所定角度となるように移動可能
に構成したことにより、本体の移動を行わず、被覆位置
が変えられるため、一箇所での被覆面積が大きくなる。
According to the present invention, the magnetic field generating means is configured to be movable so as to form a predetermined angle with respect to the axial direction of the reaction vessel, so that the coating position can be changed without moving the main body. The covered area at one location becomes large.

【0022】請求項5においては、反応容器に電圧印加
手段を接続したことにより、ダイヤモンド被膜生成中に
反応容器に負電位をかけることで、被覆表面に向かって
電子を加速し、被覆表面に電子による衝撃を与え、ダイ
ヤモンド被膜の生成速度を増大することができる。
In the present invention, the voltage applying means is connected to the reaction vessel, so that a negative potential is applied to the reaction vessel during the formation of the diamond film, thereby accelerating the electrons toward the coating surface and causing the electrons on the coating surface. Can increase the rate of diamond film formation.

【0023】請求項6においては、磁場発生手段ととも
に、核融合炉の真空容器の外部に配置したポロイダルコ
イルを励磁したことにより、磁場発生手段による励磁磁
場を小さくすることができ、磁場発生手段の小型化によ
る装置の軽量化が図れる。
According to the present invention, by exciting the poloidal coil arranged outside the vacuum vessel of the fusion reactor together with the magnetic field generating means, the exciting magnetic field generated by the magnetic field generating means can be reduced, and the magnetic field generating means can be made compact. The weight of the device can be reduced.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1は本発明に係る核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆装置の第1実施例を示す縦断面図、図2は
第1実施例による核融合炉第1壁の補修の概要を示す断
面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a first embodiment of a diamond coating device for a first wall of a fusion reactor according to the present invention, and FIG. 2 is an outline of repairing the first wall of the fusion reactor according to the first embodiment. It is sectional drawing shown.

【0026】図2に示すように、核融合炉における真空
容器10には補修用ポート11が設けられ、この補修用
ポート11からマニュピュレータ12によりダイヤモン
ド被覆装置13を導入して金属材であるSUSなどの構
造材14(図1に示す)の表面にダイヤモンド被覆層1
5を形成する。
As shown in FIG. 2, the vacuum vessel 10 in the fusion reactor is provided with a repair port 11, and a diamond coating device 13 is introduced from the repair port 11 by a manipulator 12 to be a metallic material SUS. Diamond coating layer 1 on the surface of structural material 14 (shown in FIG. 1) such as
5 is formed.

【0027】ダイヤモンド被覆装置13は、図1に示す
ように反応容器16の一端の開放端に気体導入口17が
突設され、この気体導入口17から反応気体18として
のメタンおよび水素を反応容器16の開放端前方に供給
される。また、図示しないマイクロ波源から導波管19
を用いて、反応容器16の他端に固定された端板16a
に装着された気密封止板20を通して反応容器16内に
2.45GHzのマイクロ波21が導入される。そし
て、反応容器16の外周側には磁場発生手段としての磁
場コイル22が配置され、この磁場コイル22を励磁す
る。したがって、上記のように反応気体18,マイクロ
波21および磁場コイル22による磁場の相互作用によ
り875GHzの磁場の位置にECRプラズマ23が生
成する。
As shown in FIG. 1, the diamond coating device 13 has a gas inlet 17 projecting from the open end of one end of the reaction vessel 16, and methane and hydrogen as reaction gases 18 are supplied from the gas inlet 17 to the reaction vessel. 16 is supplied to the front of the open end. In addition, a waveguide 19 from a microwave source (not shown)
End plate 16a fixed to the other end of the reaction vessel 16 using
The microwave 21 of 2.45 GHz is introduced into the reaction container 16 through the airtight sealing plate 20 attached to the. A magnetic field coil 22 as a magnetic field generating means is arranged on the outer peripheral side of the reaction vessel 16 and excites the magnetic field coil 22. Therefore, the ECR plasma 23 is generated at the position of the magnetic field of 875 GHz by the interaction of the magnetic field by the reaction gas 18, the microwave 21, and the magnetic field coil 22 as described above.

【0028】構造材14の直前にECRプラズマ23が
生成するように、図2に示すダイヤモンド被覆装置13
の位置をマニュピュレータ12により調整する。する
と、生成するECRプラズマ23中の活性なC粒子やH
粒子、電子が構造材14表面で反応し、ダイヤモンド被
覆装置13が生成する。
The diamond coating device 13 shown in FIG. 2 is used so that the ECR plasma 23 is generated immediately before the structural material 14.
The position of is adjusted by the manipulator 12. Then, active C particles and H in the generated ECR plasma 23
Particles and electrons react on the surface of the structural material 14 and are generated by the diamond coating device 13.

【0029】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0030】プラズマ23の生成範囲は、反応容器16
の開口断面積と同程度であるため、一箇所の被覆で数1
00cm2 程度の被覆が可能であり、一度に大面積の被
覆が可能である。すなわち、ECRプラズマ生成による
被膜(ECRプラズマCVD法として一般に知られてい
る。)は、一箇所の被覆で数100cm2 程度の被覆が
可能であるため、第1壁前にECRプラズマ23を生成
させることにより、一度に大面積の被覆が可能である。
The production range of the plasma 23 is defined by the reaction container 16
Since it is about the same as the opening cross-sectional area of
A coating of about 00 cm 2 is possible, and a large area can be coated at once. That is, since the coating by ECR plasma generation (generally known as the ECR plasma CVD method) can cover several hundred cm 2 with one coating, the ECR plasma 23 is generated in front of the first wall. As a result, it is possible to cover a large area at once.

【0031】また、不純物が少なく結晶性の良好なダイ
ヤモンド薄膜を生成する条件として、被覆表面の温度条
件、プラズマ密度条件等があるが、マイクロ波21の入
力の変化により被覆面温度、プラズマ密度の制御を行う
ことにより、不純物の少ない、結晶性の良好なダイヤモ
ンド被覆層15を形成することができる。
As conditions for producing a diamond thin film with few impurities and good crystallinity, there are temperature conditions of the coating surface, plasma density conditions, etc. By performing the control, it is possible to form the diamond coating layer 15 having less impurities and good crystallinity.

【0032】さらに、500〜800℃の被覆表面温度
でダイヤモンド被覆が行えるため、冷却や高融点材料の
被覆の必要がなく、構造材14の表面に直接ダイヤモン
ド被覆層15を形成することができる。
Furthermore, since diamond coating can be performed at a coating surface temperature of 500 to 800 ° C., the diamond coating layer 15 can be directly formed on the surface of the structural material 14 without the need for cooling or coating with a high melting point material.

【0033】さらにまた、アルゴンンガスを用いず、反
応気体としてダイヤモンド生成元素である炭素を含有す
るメタン等の炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の炭
素化合物と、炉心プラズマ生成に用いられる気体と同じ
水素のみから構成される気体を用いることで、残留ガス
や膜中不純物の問題を回避することができる。
Furthermore, without using argon gas, hydrocarbons such as methane containing carbon as a diamond-forming element as reaction gas, carbon compounds such as carbon monoxide and carbon dioxide, and gas used for core plasma generation. By using a gas composed of only hydrogen, which is the same as the above, the problems of residual gas and impurities in the film can be avoided.

【0034】図3は本発明に係る核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆装置の第2実施例を示す。前記第1実施例
では、ECRプラズマ23を構造材14の直前に生成す
るために、ダイヤモンド被覆装置13を操作していた
が、本実施例では磁場コイル22から875GHzの磁
場までの距離が励磁電流により変化することを用い、そ
の励磁電流を変化させることにより、ECRプラズマ2
3の生成する875GHzの磁場の位置と反応容器16
の開放端の距離を制御するものである。
FIG. 3 shows a second embodiment of the diamond coating apparatus for the first wall of the fusion reactor according to the present invention. In the first embodiment, the diamond coating device 13 was operated in order to generate the ECR plasma 23 immediately before the structural material 14, but in the present embodiment, the distance from the magnetic field coil 22 to the magnetic field of 875 GHz is the exciting current. By changing the exciting current, the ECR plasma 2 can be changed.
The position of the magnetic field of 875 GHz generated by 3 and the reaction vessel 16
It controls the distance of the open end of the.

【0035】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0036】ダイヤモンド被覆装置13の全体を動かさ
ず、磁場コイル22の電流を変化させることにより、磁
場を変化させ、ECRプラズマ23の生成する位置と反
応容器16の開放端の距離を変化させることが可能とな
る。これにより、構造材14の直前にECRプラズマ2
3を生成するためのマニュピュレータ12による厳密な
調整を行う必要がなくなる。加えて、凹んだ位置へEC
Rプラズマ23を生成し、被覆を行うことも可能とな
る。
By changing the current of the magnetic field coil 22 without moving the entire diamond coating device 13, the magnetic field can be changed and the distance between the position where the ECR plasma 23 is generated and the open end of the reaction vessel 16 can be changed. It will be possible. As a result, the ECR plasma 2 is formed immediately before the structural material 14.
It is not necessary to perform strict adjustment by the manipulator 12 for generating 3. In addition, EC to the recessed position
It is also possible to generate R plasma 23 and perform coating.

【0037】図4は本発明に係る核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆装置の第3実施例を示す縦断面図である。
なお、前記第1実施例と同一の部分には同一の符号を付
して説明する。以下の実施例でも同様である。前記第1
実施例では、磁場生成のために磁場コイル22を用いて
いたが、本実施例では磁場生成のために磁場発生手段と
しての永久磁石25を配設している。
FIG. 4 is a vertical sectional view showing a third embodiment of the diamond coating apparatus for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.
The same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. The same applies to the following embodiments. The first
In the embodiment, the magnetic field coil 22 is used for generating the magnetic field, but in the present embodiment, the permanent magnet 25 as the magnetic field generating means is provided for generating the magnetic field.

【0038】これにより、磁場コイル励磁のための電流
駆動機構が不要になり、ダイヤモンド被覆装置13の軽
量化、簡略化を図ることができる。その他の構成および
作用は前記第1実施例と同様である。そして、以下の実
施例でも前記第1実施例と異なる構成および作用のみを
説明する。
As a result, a current driving mechanism for exciting the magnetic field coil is not required, and the diamond coating device 13 can be made light and simple. Other configurations and operations are similar to those of the first embodiment. Also, in the following embodiments, only the structure and operation different from those of the first embodiment will be described.

【0039】図5は本発明に係る核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆装置の第4実施例を示す縦断面図である。
本実施例は、第3実施例のダイヤモンド被覆装置13に
おいて、永久磁石25に隣接して補助コイル26を配設
したものであり、永久磁石25により一定の磁場が常に
励磁されており、補助コイル26のコイル電流を変化さ
せることにより、ECRプラズマ23と反応容器16の
開放端の距離を制御するものである。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the diamond coating apparatus for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.
In the present embodiment, in the diamond coating device 13 of the third embodiment, an auxiliary coil 26 is arranged adjacent to the permanent magnet 25, and a constant magnetic field is constantly excited by the permanent magnet 25. By changing the coil current of 26, the distance between the ECR plasma 23 and the open end of the reaction vessel 16 is controlled.

【0040】これにより、構造材14の直前にECRプ
ラズマ23を生成するためのマニュピュレータ12によ
る厳密な調整を行う必要がなくなる。加えて、凹んだ位
置へECRプラズマ23を生成し、被覆を行うことも可
能となる。また、磁場コイルは第2実施例のもりより、
小型で励磁電流の少ないもので済む。
This eliminates the need for strict adjustment by the manipulator 12 to generate the ECR plasma 23 immediately before the structural material 14. In addition, it is possible to generate the ECR plasma 23 in the recessed position and perform coating. Further, the magnetic field coil is based on the beam of the second embodiment,
A small size with a small exciting current is sufficient.

【0041】図6は本発明に係る核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆装置の第5実施例を示す縦断面図である。
本実施例は、前記第1実施例のダイヤモンド被覆装置1
3において、コイル駆動機構27により磁場コイル22
の位置を反応容器16の軸方向に対し所定の角度を有し
て移動可能とし、構造材14の表面を容器軸方向から見
た場合の上下左右にECRプラズマ23の生成位置を変
化させることができるように構成したものである。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a fifth embodiment of the diamond coating apparatus for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.
In this embodiment, the diamond coating device 1 of the first embodiment is used.
3, the magnetic field coil 22 is driven by the coil driving mechanism 27.
Is movable with a predetermined angle to the axial direction of the reaction vessel 16, and the generation position of the ECR plasma 23 can be changed vertically and horizontally when the surface of the structural material 14 is viewed from the axial direction of the vessel. It is configured to be possible.

【0042】これにより、装置の移動せずに、ダイヤモ
ンド被覆装置13を上下左右に変化させることができ、
一箇所での被覆面積が大きくなる。
As a result, the diamond coating device 13 can be changed vertically and horizontally without moving the device.
The covered area at one location becomes large.

【0043】図7は本発明に係る核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆装置の第6実施例を示す縦断面図である。
この実施例では、前記第1〜第5実施例のダイヤモンド
被覆装置において、反応容器16の外部に安定化電源2
8を設置し。この安定化電源28から電圧を印加できる
構成としている。
FIG. 7 is a vertical sectional view showing a sixth embodiment of the diamond coating apparatus for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.
In this embodiment, in the diamond coating apparatus of the first to fifth embodiments, the stabilizing power supply 2 is provided outside the reaction vessel 16.
Install 8. A voltage can be applied from the stabilized power supply 28.

【0044】これにより、ダイヤモンド被膜生成中に反
応容器16に負電位をかけ、電界29により電子を加速
し、構造材14の被覆表面への電子による衝撃を与える
ことができる。その結果、ダイヤモンド被覆層15の生
成速度を増大させることができる。
As a result, it is possible to apply a negative potential to the reaction vessel 16 during the formation of the diamond film, accelerate the electrons by the electric field 29, and give an impact to the coating surface of the structural material 14 with the electrons. As a result, the production rate of the diamond coating layer 15 can be increased.

【0045】図8は本発明に係る核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆方法の一実施例を示す縦断面図である。前
記第1〜第5実施例では、磁場生成のために反応容器1
6の外周側に磁場コイル22または永久磁石25を配設
していたが、本実施例では磁場コイル22とともに、真
空容器10の外周に配置したポロイダルコイル30を励
磁させるようにしたものである。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the method for coating diamond on the first wall of a fusion reactor according to the present invention. In the first to fifth embodiments, the reaction container 1 is used to generate a magnetic field.
Although the magnetic field coil 22 or the permanent magnet 25 is arranged on the outer peripheral side of 6, the poloidal coil 30 arranged on the outer periphery of the vacuum container 10 is excited together with the magnetic field coil 22 in this embodiment.

【0046】なお、本実施例でも前記第1実施例と同様
に、反応容器16に反応気体16を供給し、マイクロ波
源から導波管19を用いてマイクロ波21を導入すると
ともに、反応容器16外周に配設した磁場コイル22を
励磁し、反応気体18,マイクロ波21および磁場の相
互作用により第1壁前にECRプラズマ23を生成し、
構造材14にダイヤモンドを被覆するようにしている。
In this embodiment, as in the case of the first embodiment, the reaction gas 16 is supplied to the reaction vessel 16 and the microwave 21 is introduced from the microwave source using the waveguide 19 and the reaction vessel 16 is used. The magnetic field coil 22 arranged on the outer circumference is excited to generate the ECR plasma 23 in front of the first wall by the interaction of the reaction gas 18, the microwave 21 and the magnetic field,
The structural material 14 is coated with diamond.

【0047】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0048】本実施例では、ポロイダルコイル30によ
り生成される磁場と重ね合わせることで、875GHz
となるように磁場コイル22のコイル電流を調整し、構
造材14の直前にECRプラズマ23を生成する。これ
により、磁場コイル22による励磁する磁場が狭くな
り、磁場コイル22の小型化が可能となり、ダイヤモン
ド被覆装置13の軽量化が図れる。
In the present embodiment, the magnetic field generated by the poloidal coil 30 is superposed to generate 875 GHz.
The coil current of the magnetic field coil 22 is adjusted so that the ECR plasma 23 is generated immediately before the structural material 14. As a result, the magnetic field excited by the magnetic field coil 22 is narrowed, the magnetic field coil 22 can be downsized, and the weight of the diamond coating device 13 can be reduced.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
によれば、一端を開放端とし他端に気密封止板が装着さ
れ第1壁前にECRプラズマを生成する反応容器と、こ
の反応容器の開放端から突設され反応容器に反応気体を
供給する気体導入口と、上記反応容器の外周に配設され
た磁場発生手段と、上記反応容器の他端に取り付けられ
マイクロ波を導入するための導波管とを備えたことによ
り、大面積で、不純物の少ない結晶性の良好なダイヤモ
ンド薄膜を冷却の必要のない低い温度で、金属材に直接
被覆することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention.
According to the above, a reaction container that has an open end at one end and an airtight sealing plate is attached to the other end to generate ECR plasma in front of the first wall, and a reaction gas that projects from the open end of the reaction container and is supplied to the reaction container By providing a gas introduction port, a magnetic field generating means arranged on the outer periphery of the reaction container, and a waveguide for introducing a microwave attached to the other end of the reaction container, a large area can be obtained. The diamond thin film having few impurities and good crystallinity can be directly coated on the metal material at a low temperature that does not require cooling.

【0050】請求項2によれば、アルゴンガスを用い
ず、ダイヤモンド生成元素である炭素を含有する炭素化
合物と、炉心プラズマ生成に用いられる気体と同じ水素
のみから構成される気体を用いることで、残留ガスや膜
中不純物の問題を回避することができる。
According to the second aspect of the present invention, by using a carbon compound containing carbon, which is a diamond forming element, and a gas composed of only hydrogen, which is the same as the gas used for core plasma generation, without using argon gas, Problems of residual gas and impurities in the film can be avoided.

【0051】請求項3によれば、磁場発生手段が磁場コ
イルおよび永久磁石のいずれか一方であり、特に永久磁
石の場合にはコイル励磁のための電流駆動機構が不要と
なり、装置の軽量化、簡素化が図れる。
According to the third aspect, the magnetic field generating means is either one of the magnetic field coil and the permanent magnet. Especially, in the case of the permanent magnet, the current driving mechanism for exciting the coil is not required, and the weight of the device is reduced. It can be simplified.

【0052】請求項4によれば、磁場発生手段が、反応
容器の軸方向に対して所定角度となるように移動可能に
構成したことにより、本体の移動を行わず、被覆位置が
変えられるため、一箇所での被覆面積が大きくなる。
According to the fourth aspect, the magnetic field generating means is configured to be movable so as to form a predetermined angle with respect to the axial direction of the reaction container, so that the coating position can be changed without moving the main body. The coverage area at one location becomes large.

【0053】請求項5によれば、反応容器に電圧印加手
段を接続したことにより、ダイヤモンド被膜生成中に反
応容器に負電位をかけることで、被覆表面に向かって電
子を加速し、被覆表面に電子による衝撃を与え、ダイヤ
モンド被膜の生成速度を増大することができる。
According to the fifth aspect, by connecting the voltage applying means to the reaction vessel, a negative potential is applied to the reaction vessel during the formation of the diamond film, thereby accelerating the electrons toward the coated surface and causing the coated surface to move. Electron bombardment can be applied to increase the rate of diamond coating formation.

【0054】請求項6によれば、磁場発生手段ととも
に、核融合炉の真空容器の外部に配置したポロイダルコ
イルを励磁したことにより、磁場発生手段による励磁磁
場を小さくすることができ、磁場発生手段の小型化によ
る装置の軽量化が図れる。
According to the sixth aspect, by exciting the poloidal coil arranged outside the vacuum vessel of the fusion reactor together with the magnetic field generating means, the exciting magnetic field by the magnetic field generating means can be reduced, and the magnetic field generating means can be reduced. The weight of the device can be reduced by downsizing.

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

【図1】本発明に係る核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆装置の第1実施例を示す縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a diamond coating device for a first wall of a fusion reactor according to the present invention.

【図2】第1実施例による核融合炉第1壁の補修の概要
を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing an outline of repairing the first wall of the fusion reactor according to the first embodiment.

【図3】本発明に係る核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆装置の第2実施例においてコイル電流と生成磁場との
関係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a coil current and a generated magnetic field in the second embodiment of the diamond coating device for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.

【図4】本発明に係る核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆装置の第3実施例を示す縦断面図。
FIG. 4 is a vertical sectional view showing a third embodiment of the diamond coating device for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.

【図5】本発明に係る核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆装置の第4実施例を示す縦断面図。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the diamond coating device for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.

【図6】本発明に係る核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆装置の第5実施例を示す縦断面図。
FIG. 6 is a vertical sectional view showing a fifth embodiment of the diamond coating device for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.

【図7】本発明に係る核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆装置の第6実施例を示す縦断面図。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a sixth embodiment of the diamond coating device for the first wall of the fusion reactor according to the present invention.

【図8】本発明に係る核融合炉第1壁のダイヤモンド被
覆方法の一実施例を示す縦断面図。
FIG. 8 is a vertical sectional view showing an embodiment of a method for coating diamond on the first wall of the fusion reactor according to the present invention.

【図9】従来の核融合炉第1壁のダイヤモンド被覆装置
の一例を示す縦断面図。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional diamond coating device for the first wall of a fusion reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 真空容器 11 補修用ポート 12 マニュピュレータ 13 ダイヤモンド被覆装置 14 構造材 15 ダイヤモンド被覆層 16 反応容器 16a 端板 17 気体導入口 18 反応気体 19 導波管 20 気密封止板 21 マイクロ波 22 磁場コイル(磁場発生手段) 23 ECRプラズマ 25 永久磁石(磁場発生手段) 26 補助コイル 27 コイル駆動機構 28 安定化電源 29 電界 30 ポロイダルコイル 10 vacuum container 11 repair port 12 manipulator 13 diamond coating device 14 structural material 15 diamond coating layer 16 reaction vessel 16a end plate 17 gas inlet port 18 reaction gas 19 waveguide 20 airtight sealing plate 21 microwave 22 magnetic field coil ( Magnetic field generation means) 23 ECR plasma 25 Permanent magnet (magnetic field generation means) 26 Auxiliary coil 27 Coil drive mechanism 28 Stabilized power supply 29 Electric field 30 Poloidal coil

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一端を開放端とし他端に気密封止板が装
着され第1壁前にプラズマを生成する反応容器と、この
反応容器の開放端から突設され反応容器に反応気体を供
給する気体導入口と、上記反応容器の外周に配設された
磁場発生手段と、上記反応容器の他端に取り付けられマ
イクロ波を導入するための導波管とを備えたことを特徴
とする核融合炉第1壁のダイヤモンド被覆装置。
1. A reaction vessel having an open end at one end and an airtight sealing plate attached to the other end to generate plasma in front of the first wall, and a reaction gas projecting from the open end of the reaction vessel to supply a reaction gas to the reaction vessel. A gas introduction port, a magnetic field generating means arranged on the outer periphery of the reaction vessel, and a waveguide for introducing microwaves attached to the other end of the reaction vessel. Diamond coating device for the first wall of the fusion furnace.
【請求項2】 反応気体は、水素および炭素化合物から
なることを特徴とする請求項1記載の核融合炉第1壁の
ダイヤモンド被覆装置。
2. The diamond coating device for the first wall of the nuclear fusion reactor according to claim 1, wherein the reaction gas comprises hydrogen and a carbon compound.
【請求項3】 磁場発生手段は、磁場コイルおよび永久
磁石のいずれか一方であることを特徴とする請求項1記
載の核融合炉第1壁のダイヤモンド被覆装置。
3. The diamond coating device for the first wall of the nuclear fusion reactor according to claim 1, wherein the magnetic field generating means is one of a magnetic field coil and a permanent magnet.
【請求項4】 磁場発生手段は、反応容器の軸方向に対
して所定角度となるように移動可能に構成したことを特
徴とする請求項1または3記載の核融合炉第1壁のダイ
ヤモンド被覆装置。
4. The diamond coating on the first wall of the nuclear fusion reactor according to claim 1, wherein the magnetic field generating means is configured to be movable at a predetermined angle with respect to the axial direction of the reaction vessel. apparatus.
【請求項5】 反応容器には、電圧印加手段が接続され
たことを特徴とする請求項1記載の核融合炉第1壁のダ
イヤモンド被覆装置。
5. The diamond coating device for the first wall of the fusion reactor according to claim 1, wherein a voltage applying means is connected to the reaction vessel.
【請求項6】 反応容器に反応気体を供給し、マイクロ
波源から導波管を用いてマイクロ波を導入するととも
に、反応容器外周に配設した磁場発生手段を励磁し、反
応気体,上記マイクロ波および磁場の相互作用により第
1壁前にプラズマを生成し、金属材にダイヤモンドを被
覆する核融合炉第1壁のダイヤモンド被覆方法であっ
て、上記磁場発生手段とともに、核融合炉の真空容器の
外部に配置したポロイダルコイルを励磁したことを特徴
とする核融合炉第1壁のダイヤモンド被覆方法。
6. A reaction gas is supplied to a reaction vessel, a microwave is introduced from a microwave source using a waveguide, and a magnetic field generating means disposed on the outer periphery of the reaction vessel is excited to generate the reaction gas, the microwave. A method for coating a diamond on a first wall of a fusion reactor in which plasma is generated in front of the first wall by interaction of a magnetic field and diamond to coat a metal material with diamond. A diamond coating method for a first wall of a fusion reactor, comprising exciting a poloidal coil arranged outside.
JP7146316A 1995-06-13 1995-06-13 Diamond clad device and method for fusion reactor first wall Pending JPH08338889A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111593317A (en) * 2020-06-19 2020-08-28 中国科学院合肥物质科学研究院 Preparation method of first wall material plated with diamond film on surface

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