JPH0917345A - Anion source electrode - Google Patents
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- JPH0917345A JPH0917345A JP7187901A JP18790195A JPH0917345A JP H0917345 A JPH0917345 A JP H0917345A JP 7187901 A JP7187901 A JP 7187901A JP 18790195 A JP18790195 A JP 18790195A JP H0917345 A JPH0917345 A JP H0917345A
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- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、負イオン源電極に関
するものである。さらに詳しくは、この発明は、核融合
炉用の負イオンを用いた中性粒子入射装置に好適に用い
ることのできる負イオン源電極に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a negative ion source electrode. More specifically, the present invention relates to a negative ion source electrode that can be suitably used for a neutral particle injection device using negative ions for a fusion reactor.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】核融合炉用の負イオンを用い
た中性粒子入射装置は、負イオン源中で生成された水素
同位体の負イオンを引出し部により引き出し、引き出さ
れた負イオンを加速器により高エネルギーまで加速した
後、中性化することにより中性粒子ビームとし、この中
性粒子ビームを核融合プラズマ中に打ち込み、これによ
りプラズマの加熱・電流駆動を行うものである。2. Description of the Related Art A neutral particle injector using negative ions for a fusion reactor is used to extract negative ions of a hydrogen isotope produced in a negative ion source by an extraction part and extract the extracted negative ions. Is accelerated to a high energy by an accelerator and then neutralized to form a neutral particle beam. This neutral particle beam is injected into the fusion plasma, and the plasma is heated and the current is driven.
【０００３】しかしながら、このような負イオン中性粒
子入射装置においては、負イオン源から負イオンを引き
出す際に、負イオンと同じ負の電荷を有する電子が大量
に負イオンと同時に引き出されてしまうことになる。こ
れらの電子は中性化されないために、負イオン中性粒子
入射装置システムの効率が低下され、さらには、電子ビ
ームの熱負荷によって加速器あるいはシステムそのもの
に損傷を与えかねないといった欠点がある。そこで、こ
のような欠点を解決するために、従来より、負イオン源
の引出し部に磁場を印加し、この磁場により電子を偏向
して捕捉する機構が広く用いられている。However, in such a negative ion neutral particle injector, when a negative ion is extracted from the negative ion source, a large number of electrons having the same negative charge as the negative ion are extracted simultaneously with the negative ion. It will be. Since these electrons are not neutralized, the efficiency of the negative ion neutral particle injector system is reduced, and further, the thermal load of the electron beam may damage the accelerator or the system itself. Therefore, in order to solve such a drawback, conventionally, a mechanism has been widely used in which a magnetic field is applied to the extraction portion of the negative ion source, and the electron is deflected and captured by the magnetic field.
【０００４】図１は、このような負イオン中性粒子入射
装置において従来より用いられている負イオン引出し部
（ＪＡＥＲＩ引出し部）構造の一例を示したものであ
る。この負イオン引出し部は、負イオン源のソースプラ
ズマ（１）の下流に向かって順にプラズマ電極（２）、
引出し電極（３）、電子抑制電極（４）、ＧＲＧ（５）
の電極が平行に設置されており、これらの各電極には負
イオンビーム（１１）が通る電極孔（１２ａ）（１２
ｂ）（１２ｃ）（１２ｄ）が設けられている。また、引
出し電極（３）には小さな永久磁石（６）が備わってお
り、この永久磁石（６）によりプラズマ電極（２）と引
出し電極（３）間の引出し間隙（８）内に磁場が印加さ
れている。負イオンと同時に負イオン源から引き出され
た大量の電子（７）は、この引出し間隙（８）内の磁場
によって偏向され、電極孔（１２ｂ）を通過する前に引
出し電極（３）に捕捉される。これにより、電子がなく
なり、負イオンのみのビームとなるため、システムの効
率が保たれ、また、電子ビームによる損傷がなくなる。FIG. 1 shows an example of a negative ion extraction part (JAERI extraction part) structure conventionally used in such a negative ion neutral particle injector. The negative ion extracting portion is provided with a plasma electrode (2) in order toward the downstream of the source plasma (1) of the negative ion source.
Extraction electrode (3), electron suppression electrode (4), GRG (5)
Electrodes are installed in parallel, and the electrode holes (12a) (12) through which the negative ion beam (11) passes are provided in each of these electrodes.
b) (12c) and (12d) are provided. Further, the extraction electrode (3) is provided with a small permanent magnet (6), and a magnetic field is applied to the extraction gap (8) between the plasma electrode (2) and the extraction electrode (3) by the permanent magnet (6). Has been done. A large amount of electrons (7) extracted from the negative ion source at the same time as the negative ions are deflected by the magnetic field in the extraction gap (8) and trapped by the extraction electrode (3) before passing through the electrode hole (12b). It This eliminates the electrons, leaving a beam of negative ions only, thus maintaining system efficiency and eliminating electron beam damage.
【０００５】しかしながら、この電子抑制用の磁場は、
電子の軌道だけではなく、同時に負イオンの軌道も若干
偏向させてしまうといった問題がある。図２は、負イオ
ン引出し部の引出し電極（３）の上から見た平面図を示
したものである。この図２から明らかなように、永久磁
石（６）は電極孔（１２）をはさむように設置されてい
るため、電極孔を通る負イオンビームもこれら永久磁石
（６）によって作られる磁場により若干偏向されてしま
う。この磁場による負イオンビームの偏向角が微小であ
ったとしても核融合炉に入射されるビームの位置ズレは
非常に大きなものとなってしまうため、この負イオンビ
ームの偏向を補正しなければならない。However, this magnetic field for electron suppression is
There is a problem that not only the orbits of electrons but also the orbits of negative ions are slightly deflected at the same time. FIG. 2 is a plan view of the extraction electrode (3) of the negative ion extraction part as seen from above. As is clear from FIG. 2, since the permanent magnet (6) is installed so as to sandwich the electrode hole (12), the negative ion beam passing through the electrode hole is slightly moved by the magnetic field generated by these permanent magnets (6). Be biased. Even if the deflection angle of the negative ion beam due to this magnetic field is very small, the positional deviation of the beam incident on the fusion reactor will be extremely large, so the deflection of this negative ion beam must be corrected. .
【０００６】この発明は、以上のような従来技術の欠点
を解決するために創案されたものであり、電子抑制用磁
場による負イオンビームの偏向を簡便に補正することの
できる負イオン源電極の構造を提供することを目的とし
ている。The present invention was devised in order to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and a negative ion source electrode capable of easily correcting the deflection of the negative ion beam due to the electron suppressing magnetic field. It is intended to provide a structure.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、加速器において負イオン源から
負イオンを引き出して加速するための負イオン引出し部
の電極であって、引出し部内の電子抑制電極に予め位置
が変位された電極孔が配設されていることを特徴とする
負イオン源電極を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an electrode of a negative ion extraction part for extracting and accelerating negative ions from a negative ion source in an accelerator. Provided is a negative ion source electrode, in which an electrode hole whose position is displaced in advance is arranged in an electron suppressing electrode.
【０００８】また、この発明は、加速器において負イオ
ン源から負イオンを引き出して加速するための負イオン
引出し部の電極であって、薄板平板に予め位置が変位さ
れた電極孔が配設されている構造を有する偏向補正電極
が負イオン引出し部下流に具備されていることを特徴と
する負イオン源電極をも提供する。Further, according to the present invention, there is provided an electrode of a negative ion extraction part for extracting and accelerating negative ions from a negative ion source in an accelerator, wherein a thin plate is provided with an electrode hole whose position is displaced in advance. There is also provided a negative ion source electrode, characterized in that a deflection correction electrode having a structure is provided downstream of the negative ion extraction part.
【０００９】[0009]
【作用】この発明の負イオン源電極では、上記の通り、
負イオンビームが引き出された直後、負イオンビームが
加速器に入射する前、つまり、負イオンビームが加速器
により高エネルギーまで加速される前に、予め位置が変
位させられている電極孔を配設した電子抑制電極を用い
ることにより、磁場による偏向方向とは逆方向に負イオ
ンビームを偏向させ、これにより、負イオンビームの軌
道補正を簡便に行うことを可能としている。In the negative ion source electrode of the present invention, as described above,
Immediately after the negative ion beam was extracted, before the negative ion beam was incident on the accelerator, that is, before the negative ion beam was accelerated to high energy by the accelerator, the electrode hole whose position was displaced in advance was arranged. By using the electron suppressing electrode, the negative ion beam is deflected in the direction opposite to the direction of deflection by the magnetic field, which makes it possible to easily correct the trajectory of the negative ion beam.
【００１０】また、加速器への入射前の引出し部下流
に、薄板平板に予め位置が変位された電極孔が配設され
ている構造を有する偏向補正電極を設置することで、適
当な電圧をこの偏向補正電極に供給することにより負イ
オンビームの軌道補正を簡便に行うことができる。この
偏向補正電極は、電極孔付きの薄板平板という単純な構
造であるため、偏向補正磁場発生用永久磁石が設置され
た肉厚電極のような厚くて複雑な構造を有する電極を負
イオン源引出し部に設置することによる負イオン源引出
し部の排気性能の低下、及びそれによる負イオンの剥離
損失を誘発せずに、非常に簡単な構造で効率良く負イオ
ンビームの軌道補正を行うことができる。Further, by installing a deflection correction electrode having a structure in which a thin plate is provided with an electrode hole whose position has been displaced in advance, downstream of the extraction portion before entering the accelerator, an appropriate voltage can be provided. By supplying the deflection correction electrode, the trajectory of the negative ion beam can be easily corrected. Since this deflection correction electrode has a simple structure of a thin flat plate with an electrode hole, an electrode having a thick and complicated structure, such as a thick electrode on which a permanent magnet for generating a deflection correction magnetic field is installed, is used to extract a negative ion source. The negative ion beam trajectory can be corrected efficiently with a very simple structure without causing the negative ion source extraction part to have a reduced exhaust performance due to its installation in the negative part and the resulting negative ion separation loss. .
【００１１】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。もちろん、この発明は、以下の実
施例によって限定されるものではない。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Of course, the present invention is not limited by the following embodiments.
【００１２】[0012]
【実施例】図３は、この発明の一実施例である負イオン
引出し部の各負イオン源電極の構造及び各寸法を示した
ものである。この負イオン引出し部の構造は、Ｍｕｌｔ
ｉ−Ａｍｐｅｒｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｓｏｕ
ｒｃｅに備えられ、６０ｋｅＶ、７ｍＡ／ｃｍ2 までの
負イオンビームが生成される。また、ビーム軌道の圧力
はＨ2 ガスにより０．０３〜０．０６Ｐａに保たれてい
る。図１に対応して、この図３においては、電子抑制電
極（４）の電極孔（１２ｃ）とＧＲＧ（５）の電極孔
（１２ｄ）は、プラズマ電極（２）の電極孔（１２ａ）
と引出し電極（３）の電極孔（１２ｂ）の中心に対して
変位量δだけ変位されて配設されている。この変位量δ
を０．５ｍｍ毎に３．０ｍｍまで変位させ、この電極孔
の変位による負イオンビームの偏向補正角を測定する。
また、電極孔は、磁場に平行な方向、及び垂直な方向に
それぞれ変位させ、電極孔の変位方向と偏向角との関係
も測定する。負イオンビームの偏向角、及び軌道の測定
分析は、負イオン源から８２７ｍｍ下流のところに設置
された開口部直径１ｍｍのファラデー・カップにより行
う。ビーム軸に垂直な平面においてこのファラデー・カ
ップを走査することにより負イオンビームの軌道跡（ｆ
ｏｏｔ ｐｒｉｎｔ）を得ることができ、この軌道跡に
より測定分析する。EXAMPLE FIG. 3 shows the structure and dimensions of each negative ion source electrode of the negative ion extraction section according to one embodiment of the present invention. The structure of this negative ion extraction part is Multi
i-Ampere negative Ion Sou
The negative ion beam up to 60 keV and 7 mA / cm 2 is generated in the rce. The pressure of the beam orbit is kept at 0.03 to 0.06 Pa by H 2 gas. Corresponding to FIG. 1, in FIG. 3, the electrode hole (12c) of the electron suppressing electrode (4) and the electrode hole (12d) of the GRG (5) are the electrode holes (12a) of the plasma electrode (2).
And the extraction electrode (3) is displaced from the center of the electrode hole (12b) by the displacement amount δ. This displacement amount δ
Is displaced every 0.5 mm to 3.0 mm, and the deflection correction angle of the negative ion beam due to the displacement of this electrode hole is measured.
Further, the electrode hole is displaced in a direction parallel to the magnetic field and a direction perpendicular to the magnetic field, and the relationship between the displacement direction of the electrode hole and the deflection angle is measured. The measurement and analysis of the deflection angle and trajectory of the negative ion beam are performed by a Faraday cup with an opening diameter of 1 mm installed 827 mm downstream from the negative ion source. By scanning this Faraday cup in a plane perpendicular to the beam axis, the trajectory of the negative ion beam (f
It is possible to obtain a boot print) and measure and analyze the track trace.
【００１３】図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、電子抑制用の
磁場により偏向された負イオンビームの軌道跡（ｆｏｏ
ｔ ｐｒｉｎｔ）を示したものである。この図４におい
て、黒点は偏向された負イオンビームの軌道跡を、薄い
線で書かれた円と軸は４×５の真っ直ぐに並んだ電極孔
を示している。同じ列・行の黒点と電極孔の各中心間の
距離により負イオンビームの偏向角を測定する。５０ｋ
ｅＶ以下の負イオンビームで５〜１０ｍｒａｄの負イオ
ンビーム偏向が見られる。この電子抑制用磁場による負
イオンビームの偏向を電極孔の変位により補正偏向す
る。4 (a), (b) and (c) show the trajectory (foo) of the negative ion beam deflected by the magnetic field for electron suppression.
t print). In FIG. 4, black dots indicate the trajectory traces of the deflected negative ion beam, and circles and axes drawn with thin lines indicate 4 × 5 straight-line electrode holes. The deflection angle of the negative ion beam is measured by the distance between the black dots in the same column and row and the centers of the electrode holes. 50k
A negative ion beam deflection of 5 to 10 mrad is observed with a negative ion beam of eV or less. The deflection of the negative ion beam due to the electron suppressing magnetic field is corrected and deflected by the displacement of the electrode hole.
【００１４】ここで、電子抑制電極とＧＲＧの電極孔の
変位、およびこの電極孔の変位による負イオンビームの
偏向角との関係をビーム光学理論により説明する。薄レ
ンズの近似（thin lens approximation ）において、静
電レンズである電子抑制電極レンズの焦点距離Ｆ1 、お
よびＧＲＧレンズの焦点距離Ｆ2 は、それぞれ以下の式
により求められる。Now, the relationship between the displacement of the electron suppressing electrode and the electrode hole of the GRG and the deflection angle of the negative ion beam due to the displacement of the electrode hole will be described by the beam optical theory. In the thin lens approximation, the focal length F 1 of the electron suppressing electrode lens, which is an electrostatic lens, and the focal length F 2 of the GRG lens are respectively calculated by the following equations.
【００１５】[0015]
【数１】 [Equation 1]
【００１６】[0016]
【数２】 (Equation 2)
【００１７】静電場の強さＥは、一次近似として電圧を
間隙長さで割ることにより計算される。しかしながら、
この薄レンズの近似をそのまま電子抑制電極レンズに適
用することは、引出し電極が電子抑制電極レンズをＥか
ら1 絶縁するのに十分な厚さを有しているために、適当
ではない。そこで、静電場の強さＥ1 を無視すると、焦
点距離Ｆ1 は、以下のようになる。The electrostatic field strength E is calculated by dividing the voltage by the gap length as a first approximation. However,
It is not appropriate to apply this thin lens approximation to the electron suppression electrode lens as it is, because the extraction electrode has a thickness sufficient to insulate the electron suppression electrode lens from E by one . Therefore, ignoring the strength E 1 of the electrostatic field, the focal length F 1 is as follows.
【００１８】[0018]
【数３】 (Equation 3)
【００１９】電子抑制電極が変位量δ1 だけ変位される
とき、電子抑制電極における偏向角θ1 は、次式で表さ
れる。When the electron suppression electrode is displaced by the displacement amount δ 1 , the deflection angle θ 1 at the electron suppression electrode is expressed by the following equation.
【００２０】[0020]
【数４】 (Equation 4)
【００２１】ここで、上式右辺の［Ｖ1 ／（Ｖ1 ＋
Ｖ2 ）1/2 ］は、引き出された負イオンビームのための
補正エネルギーである。変更された負イオンビームの軌
道は、次式で表される軸加速（axial acceleratoin）θ
acc により補正される。Here, [V 1 / (V 1 +
V 2 ) 1/2 ] is the correction energy for the extracted negative ion beam. The modified trajectory of the negative ion beam is expressed by the following equation: axial acceleration (axial acceleratoin) θ
Corrected by acc .
【００２２】[0022]
【数５】 (Equation 5)
【００２３】ＧＲＧにおいては、偏向角θ2 は、ＧＲＧ
の変位量δ2 を用いた式により表される。In the GRG, the deflection angle θ 2 is
It is expressed by an equation using the displacement amount δ 2 of.
【００２４】[0024]
【数６】 (Equation 6)
【００２５】このように、電子抑制電極とＧＲＧが変位
される場合、負イオンビームは、電子抑制電極における
偏向、軸加速、及びＧＲＧにおける偏向を受ける。つま
り、負イオンビームの最終的な偏向量は、上記の電子抑
制電極における偏向角θ1 、軸加速θacc 、及びＧＲＧ
における偏向角θ2 の合計で表される。以上のように表
される各偏向角の理論値と図３に示されるこの発明の一
実施例である負イオン源電極における実測値を比較す
る。Thus, when the electron suppression electrode and the GRG are displaced, the negative ion beam is subjected to deflection at the electron suppression electrode, axial acceleration, and deflection at the GRG. That is, the final deflection amount of the negative ion beam depends on the deflection angle θ 1 , the axial acceleration θ acc , and the GRG of the electron suppressing electrode.
It is represented by the sum of the deflection angles θ 2 at. The theoretical value of each deflection angle expressed as above is compared with the actually measured value in the negative ion source electrode which is one embodiment of the present invention shown in FIG.
【００２６】図５は、上から見た電極孔の配設位置を示
したものであり、前出の図４（ａ）は、引出し電極の電
極孔の配設位置、図４（ｂ）は、磁場に平行な方向へ変
位された電極孔の配設位置、図４（ｃ）は、磁場に垂直
な方向へ変位された電極孔の配設位置をそれぞれ示した
ものである。図４（ａ）においては、電極孔（１２）は
４×５の格子状に真っ直ぐに並んで配設されており、永
久磁石（６）が電極孔（１２）をはさんで交互に配設さ
れている。図４（ｂ）においては、電極孔（１２）は、
最初の一列と一行だけは真っ直ぐに並んで配設され、残
りの３×４の電極孔は、それぞれ変位量δ０．５ｍｍ毎
に３．０ｍｍまで磁場に平行な方向に変位されて配設さ
れている。４（ｃ）においては、電極孔（１２）は、最
初の一列と一行だけは真っ直ぐに並んで配設され、残り
の３×４の電極孔は、それぞれ変位量δ０．５ｍｍ毎に
３．０ｍｍまで磁場に垂直な方向に変位されて配設され
ている。図４（ａ）から明らかなように、磁場の方向は
横方向なので、磁場に平行な方向とは横方向のことであ
り、磁場に垂直な方向とは縦方向を意味する。FIG. 5 shows the arrangement positions of the electrode holes viewed from above. FIG. 4 (a) above shows the arrangement positions of the electrode holes of the extraction electrode, and FIG. 4 (b) shows. FIG. 4C shows the positions of the electrode holes displaced in the direction parallel to the magnetic field, and FIG. 4C shows the positions of the electrode holes displaced in the direction perpendicular to the magnetic field. In FIG. 4 (a), the electrode holes (12) are arranged in a straight line in a 4 × 5 lattice, and the permanent magnets (6) are arranged alternately across the electrode holes (12). Has been done. In FIG. 4 (b), the electrode hole (12) is
Only the first row and the first row are arranged in a straight line, and the remaining 3 × 4 electrode holes are arranged so that each displacement amount δ0.5 mm is displaced up to 3.0 mm in a direction parallel to the magnetic field. There is. In FIG. 4 (c), the electrode holes (12) are arranged in a straight line only in the first row and in the first row, and the remaining 3 × 4 electrode holes are 3.0 mm for each displacement amount δ0.5 mm. Are arranged in a direction perpendicular to the magnetic field. As is clear from FIG. 4A, the direction of the magnetic field is the lateral direction, so the direction parallel to the magnetic field means the lateral direction, and the direction perpendicular to the magnetic field means the longitudinal direction.
【００２７】まず、電子抑制電極とＧＲＧの電極孔を磁
場に平行な方向に変位させたとき、およびＧＲＧの電極
孔のみを磁場に平行な方向に変位させたときの電極孔変
位量に対する負イオンビームの偏向角を測定した。図６
は、この時の電極孔変位量と負イオンビーム偏向補正角
との関係を示したものである。この図６から明らかなよ
うに、負イオンビーム偏向補正角は、電極孔変位量に比
例していることがわかる。First, when the electron suppressing electrode and the electrode hole of the GRG are displaced in the direction parallel to the magnetic field, and when only the electrode hole of the GRG is displaced in the direction parallel to the magnetic field, the negative ion relative to the displacement amount of the electrode hole The deflection angle of the beam was measured. FIG.
Shows the relationship between the electrode hole displacement amount and the negative ion beam deflection correction angle at this time. As is apparent from FIG. 6, the negative ion beam deflection correction angle is proportional to the electrode hole displacement amount.
【００２８】また、ＧＲＧの電極孔のみを変位する時
に、加速電圧を２０〜５０ｋｅＶで変化させたときの負
イオンビームの偏向補正角を測定した。図７は、この時
の加速電圧と負イオンビーム偏向補正角との関係を示し
たものである。この図７から明らかなように、加速電圧
に係わらず、負イオンビーム偏向補正角はある程度一定
なもの、この場合では６．５ｍｒａｄを得ることができ
る。Further, the deflection correction angle of the negative ion beam was measured when the acceleration voltage was changed at 20 to 50 keV when displacing only the GRG electrode hole. FIG. 7 shows the relationship between the acceleration voltage and the negative ion beam deflection correction angle at this time. As is apparent from FIG. 7, the negative ion beam deflection correction angle is constant to some extent regardless of the acceleration voltage, and in this case, 6.5 mrad can be obtained.
【００２９】次に、電子抑制電極とＧＲＧの電極孔を磁
場に平行な方向に変位させたとき、および磁場に垂直な
方向に変位させたときの電極孔変位量に対する負イオン
ビーム偏向補正角を測定した。図８は、この時の電極孔
変位量と負イオンビーム偏向補正角との関係を示したも
のである。この図８から明らかなように、電極孔の変位
方向による偏向補正角の違いはない。つまり、電極孔の
変位方向には関係なく、負イオンビームの偏向を補正す
ることができる。Next, the negative ion beam deflection correction angle with respect to the displacement amount of the electrode hole when the electron suppressing electrode and the electrode hole of the GRG are displaced in the direction parallel to the magnetic field and when they are displaced in the direction perpendicular to the magnetic field. It was measured. FIG. 8 shows the relationship between the electrode hole displacement amount and the negative ion beam deflection correction angle at this time. As is clear from FIG. 8, there is no difference in the deflection correction angle depending on the displacement direction of the electrode hole. That is, the deflection of the negative ion beam can be corrected regardless of the displacement direction of the electrode hole.
【００３０】また、負イオンビーム偏向補正のための電
子抑制電極とＧＲＧの電極孔変位による負イオンビーム
への発散、遮断の影響の有無を調べた。図９は、負イオ
ン源から約１ｍ下流における負イオンビームの図面に代
わる写真である。この図９から明らかなように、５本の
負イオンビームを明確に確認することができ、これら負
イオンビームの顕著な発散や遮断は検出されなかった。Further, it was examined whether or not the electron suppression electrode for correcting the deflection of the negative ion beam and the displacement of the electrode hole of the GRG influence or diverge or block the negative ion beam. FIG. 9 is a photograph as a substitute for a drawing of a negative ion beam about 1 m downstream from the negative ion source. As is clear from FIG. 9, the five negative ion beams could be clearly confirmed, and no remarkable divergence or blocking of these negative ion beams was detected.
【００３１】このように、電極の電極孔変位により、磁
場による負イオンビームの偏向方向とは逆方向にさらに
負イオンビームを偏向させることにより、磁場による負
イオンビームの偏向を、ビームの発散、遮断無く、簡便
に補正することができる。As described above, by displacing the electrode holes of the electrodes, the negative ion beam is further deflected in the direction opposite to the direction in which the negative ion beam is deflected by the magnetic field. It can be easily corrected without interruption.
【００３２】[0032]
【発明の効果】この発明は、以上詳しく説明したよう
に、磁場による負イオンビームの偏向を、該負イオンビ
ームの発散、遮断無く、簡便に補正することができる。As described in detail above, according to the present invention, the deflection of the negative ion beam due to the magnetic field can be easily corrected without diverging or blocking the negative ion beam.
【図１】負イオン中性粒子入射装置において従来より用
いられている負イオン引出し部（ＪＡＥＲＩ引出し部）
の断面構造図である。FIG. 1 Negative ion extraction unit (JAERI extraction unit) conventionally used in a negative ion neutral particle injector.
FIG.
【図２】負イオン引出し部の引出し電極（３）部の平面
図である。FIG. 2 is a plan view of an extraction electrode (3) part of a negative ion extraction part.
【図３】この発明の一実施例である負イオン源電極の断
面構造図である。FIG. 3 is a sectional structural view of a negative ion source electrode which is an embodiment of the present invention.
【図４】電極孔の配設位置を示した平面図であり、
（ａ）は、引出し電極の電極孔の配設位置を示した平面
図、（ｂ）は、磁場に平行な方向へ変位された電極孔の
配設位置を示した平面図、（ｃ）は、磁場に垂直な方向
へ変位された電極孔の配設位置を示した平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an arrangement position of electrode holes,
(A) is a plan view showing an arrangement position of an electrode hole of an extraction electrode, (b) is a plan view showing an arrangement position of an electrode hole displaced in a direction parallel to a magnetic field, and (c) is a plan view. FIG. 6 is a plan view showing the arrangement positions of electrode holes displaced in a direction perpendicular to the magnetic field.
【図５】電子抑制用の磁場により偏向された負イオンビ
ームの軌道跡（ｆｏｏｔ ｐｒｉｎｔ）の一例を示した
図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a trajectory print (foot print) of a negative ion beam deflected by a magnetic field for electron suppression.
【図６】電極孔変位量と負イオンビーム偏向補正角との
関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between an electrode hole displacement amount and a negative ion beam deflection correction angle.
【図７】加速電圧と負イオンビーム偏向補正角との関係
図である。FIG. 7 is a relationship diagram between an acceleration voltage and a negative ion beam deflection correction angle.
【図８】電極孔変位量と負イオンビーム偏向補正角との
関係図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an electrode hole displacement amount and a negative ion beam deflection correction angle.
【図９】負イオン源から約１ｍ下流における負イオンビ
ームの図面に代わる写真である。FIG. 9 is a photograph replacing a drawing of a negative ion beam about 1 m downstream from a negative ion source.
１ 負イオン源 ２ プラズマ電極 ３ 引出し電極 ４ 電子抑制電極 ５ ＧＲＧ ６ 永久磁石 ７ 電子 ８ 引出し間隙 ９ 加速間隙 １０ ＪＡＥＲＩ引出し部 １１ 負イオンビーム １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 電極孔 1 Negative Ion Source 2 Plasma Electrode 3 Extraction Electrode 4 Electron Suppression Electrode 5 GRG 6 Permanent Magnet 7 Electron 8 Extraction Gap 9 Acceleration Gap 10 JAERI Extraction Part 11 Negative Ion Beam 12a, 12b, 12c, 12d Electrode Hole
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成７年１２月４日[Submission date] December 4, 1995
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【書類名】 明細書[Document Name] Statement
【発明の名称】 負イオン源電極[Title of Invention] Negative ion source electrode
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、負イオン源電極に関
するものである。さらに詳しくは、この発明は、核融合
炉用の負イオンを用いた中性粒子入射装置に好適に用い
ることのできる負イオン源電極に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a negative ion source electrode. More specifically, the present invention relates to a negative ion source electrode that can be suitably used for a neutral particle injection device using negative ions for a fusion reactor.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】核融合炉用の負イオンを用い
た中性粒子入射装置は、負イオン源中で生成された水素
同位体の負イオンを引出し部により引き出し、引き出さ
れた負イオンを加速器により高エネルギーまで加速した
後、中性化することにより中性粒子ビームとし、この中
性粒子ビームを核融合プラズマ中に打ち込み、これによ
りプラズマの加熱・電流駆動を行うものである。2. Description of the Related Art A neutral particle injector using negative ions for a fusion reactor is used to extract negative ions of a hydrogen isotope produced in a negative ion source by an extraction part and extract the extracted negative ions. Is accelerated to a high energy by an accelerator and then neutralized to form a neutral particle beam. This neutral particle beam is injected into the fusion plasma, and the plasma is heated and the current is driven.
【０００３】しかしながら、このような負イオン中性粒
子入射装置においては、負イオン源から負イオンを引き
出す際に、負イオンと同じ負の電荷を有する電子が大量
に負イオンと同時に引き出されてしまうことになる。こ
れらの電子は中性化されないために、負イオン中性粒子
入射装置システムの効率が低下され、さらには、電子ビ
ームの熱負荷によって加速器あるいはシステムそのもの
に損傷を与えかねないといった欠点がある。そこで、こ
のような欠点を解決するために、従来より、負イオン源
の引出し部に磁場を印加し、この磁場により電子を偏向
して捕捉する機構が広く用いられている。However, in such a negative ion neutral particle injector, when a negative ion is extracted from the negative ion source, a large number of electrons having the same negative charge as the negative ion are extracted simultaneously with the negative ion. It will be. Since these electrons are not neutralized, the efficiency of the negative ion neutral particle injector system is reduced, and further, the thermal load of the electron beam may damage the accelerator or the system itself. Therefore, in order to solve such a drawback, conventionally, a mechanism has been widely used in which a magnetic field is applied to the extraction portion of the negative ion source, and the electron is deflected and captured by the magnetic field.
【０００４】図１は、このような負イオン中性粒子入射
装置において従来より用いられている負イオン引出し部
（ＪＡＥＲＩ引出し部）構造の一例を示したものであ
る。この負イオン引出し部は、負イオン源のソースプラ
ズマ（１）の下流に向かって順にプラズマ電極（２）、
引出し電極（３）、電子抑制電極（４）、接地電極＜Ｇ
ＲＧ＞（５）の電極が平行に設置されており、これらの
各電極には負イオンビーム（１１）が通る電極孔（１２
ａ）（１２ｂ）（１２ｃ）（１２ｄ）が設けられてい
る。また、引出し電極（３）には小さな永久磁石（６）
が備わっており、この永久磁石（６）によりプラズマ電
極（２）と引出し電極（３）間の引出し間隙（８）内に
磁場が印加されている。負イオンと同時に負イオン源か
ら引き出された大量の電子（７）は、この引出し間隙
（８）内の磁場によって偏向され、電極孔（１２ｂ）を
通過する前に引出し電極（３）に捕捉される。これによ
り、電子がなくなり、負イオンのみのビームとなるた
め、システムの効率が保たれ、また、電子ビームによる
損傷がなくなる。FIG. 1 shows an example of a negative ion extraction part (JAERI extraction part) structure conventionally used in such a negative ion neutral particle injector. The negative ion extracting portion is provided with a plasma electrode (2) in order toward the downstream of the source plasma (1) of the negative ion source.
Extraction electrode (3), electron suppression electrode (4), ground electrode < G
Electrodes of RG > (5) are installed in parallel, and an electrode hole (12) through which the negative ion beam (11) passes is provided in each of these electrodes.
a) (12b) (12c) (12d) are provided. In addition, the extraction electrode (3) has a small permanent magnet (6).
The permanent magnet (6) applies a magnetic field in the extraction gap (8) between the plasma electrode (2) and the extraction electrode (3). A large amount of electrons (7) extracted from the negative ion source at the same time as the negative ions are deflected by the magnetic field in the extraction gap (8) and trapped by the extraction electrode (3) before passing through the electrode hole (12b). It This eliminates the electrons, leaving a beam of negative ions only, thus maintaining system efficiency and eliminating electron beam damage.
【０００５】しかしながら、この電子抑制用の磁場は、
電子の軌道だけではなく、同時に負イオンの軌道も若干
偏向させてしまうといった問題がある。図２は、負イオ
ン引出し部の引出し電極（３）の上から見た平面図を示
したものである。この図２から明らかなように、永久磁
石（６）は電極孔（１２）をはさむように設置されてい
るため、電極孔（１２）を通る負イオンビームもこれら
永久磁石（６）によって作られる磁場により若干偏向さ
れてしまう。図３は、図１に例示される従来の負イオン
引出し部において、永久磁石（６）により作られる電子
抑制用の磁場により偏向された負イオンビームの軌道跡
（ｆｏｏｔ ｐｒｉｎｔ）の一例を示したものである。
この図３において、黒点は偏向された負イオンビームの
軌道跡を、薄い線で書かれた円と軸は４×５の真っ直ぐ
に並んだ電極孔を示している。この図３から明らかなよ
うに、負イオンビームの軌道は偏向され、電極孔からず
れていることが分かる。ここで、同じ列・行の黒点と電
極孔の各中心間の距離から負イオンビームの偏向角を測
定すると、５０ｋｅＶ以下の負イオンビームで偏向角５
〜１０ｍｒａｄの偏向が見られる。このように電子抑制
用磁場による負イオンビームの偏向角が微小であったと
しても、加速されて核融合炉に入射されるビームの位置
ズレは非常に大きなものとなってしまうため、この負イ
オンビームの偏向を補正しなければならない。However, this magnetic field for electron suppression is
There is a problem that not only the orbits of electrons but also the orbits of negative ions are slightly deflected at the same time. FIG. 2 is a plan view of the extraction electrode (3) of the negative ion extraction part as seen from above. As is apparent from FIG. 2, since the permanent magnet (6) is installed so as to sandwich the electrode hole (12) , the negative ion beam passing through the electrode hole (12) is also produced by these permanent magnets (6). It will be slightly deflected by the magnetic field. FIG. 3 is a conventional negative ion illustrated in FIG.
Electrons created by the permanent magnet (6) in the drawer
Trajectories of negative ion beams deflected by the suppressing magnetic field
It is an example of (foot print).
In this FIG. 3, black dots indicate the deflected negative ion beam.
The trace is a circle with thin lines and the axis is straight 4 × 5
The electrode holes lined up in FIG. This is clear from Figure 3.
As shown, the trajectory of the negative ion beam is deflected, and
You can see that Here, sunspots and
Measure the deflection angle of the negative ion beam from the distance between the centers of the polar holes.
The deflection angle of 5 with a negative ion beam of 50 keV or less.
A deflection of -10 mrad is seen. Electronic suppression like this
Even if the deflection angle of the negative ion beam due to the magnetic field for use is small, the positional deviation of the beam that is accelerated and enters the fusion reactor will be extremely large. Must.
【０００６】この発明は、以上のような従来技術の欠点
を解決するために創案されたものであり、電子抑制用磁
場による負イオンビームの偏向を簡便に補正することの
できる負イオン源電極の構造を提供することを目的とし
ている。The present invention was devised in order to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and a negative ion source electrode capable of easily correcting the deflection of the negative ion beam due to the electron suppressing magnetic field. It is intended to provide a structure.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、加速器において負イオン源から
負イオンを引き出して加速するための負イオン引出し部
の電極であって、引出し部内の電子抑制電極に予め位置
が変位された電極孔が配設されていることを特徴とする
負イオン源電極を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an electrode of a negative ion extraction part for extracting and accelerating negative ions from a negative ion source in an accelerator. Provided is a negative ion source electrode, in which an electrode hole whose position is displaced in advance is arranged in an electron suppressing electrode.
【０００８】また、この発明は、加速器において負イオ
ン源から負イオンを引き出して加速するための負イオン
引出し部の電極であって、薄板平板に予め位置が変位さ
れた電極孔が配設されている構造を有する偏向補正電極
が負イオン引出し部下流に具備されていることを特徴と
する負イオン源電極をも提供する。Further, according to the present invention, there is provided an electrode of a negative ion extraction part for extracting and accelerating negative ions from a negative ion source in an accelerator, wherein a thin plate is provided with an electrode hole whose position is displaced in advance. There is also provided a negative ion source electrode, characterized in that a deflection correction electrode having a structure is provided downstream of the negative ion extraction part.
【０００９】[0009]
【作用】この発明の負イオン源電極では、上記の通り、
負イオンビームが引き出された直後、負イオンビームが
加速器に入射する前、つまり、負イオンビームが加速器
により高エネルギーまで加速される前に、予め位置が変
位させられている電極孔を配設した電子抑制電極を用い
ることにより、磁場による偏向方向とは逆方向に負イオ
ンビームを偏向させ、これにより、負イオンビームの軌
道補正を簡便に行うことを可能としている。In the negative ion source electrode of the present invention, as described above,
Immediately after the negative ion beam was extracted, before the negative ion beam was incident on the accelerator, that is, before the negative ion beam was accelerated to high energy by the accelerator, the electrode hole whose position was displaced in advance was arranged. By using the electron suppressing electrode, the negative ion beam is deflected in the direction opposite to the direction of deflection by the magnetic field, which makes it possible to easily correct the trajectory of the negative ion beam.
【００１０】また、加速器への入射前の引出し部下流
に、薄板平板に予め位置が変位された電極孔が配設され
ている構造を有する偏向補正電極を設置することで、適
当な電圧をこの偏向補正電極に供給することにより負イ
オンビームの軌道補正を簡便に行うことができる。この
偏向補正電極は、電極孔付きの薄板平板という単純な構
造であるため、偏向補正磁場発生用永久磁石が設置され
た肉厚電極のような厚くて複雑な構造を有する電極を負
イオン源引出し部に設置することによる負イオン源引出
し部の排気性能の低下、及びそれによる負イオンの剥離
損失を誘発せずに、非常に簡単な構造で効率良く負イオ
ンビームの軌道補正を行うことができる。Further, by installing a deflection correction electrode having a structure in which a thin plate is provided with an electrode hole whose position has been displaced in advance, downstream of the extraction portion before entering the accelerator, an appropriate voltage can be provided. By supplying the deflection correction electrode, the trajectory of the negative ion beam can be easily corrected. Since this deflection correction electrode has a simple structure of a thin flat plate with an electrode hole, an electrode having a thick and complicated structure, such as a thick electrode on which a permanent magnet for generating a deflection correction magnetic field is installed, is used to extract a negative ion source. The negative ion beam trajectory can be corrected efficiently with a very simple structure without causing the negative ion source extraction part to have a reduced exhaust performance due to its installation in the negative part and the resulting negative ion separation loss. .
【００１１】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。もちろん、この発明は、以下の実
施例によって限定されるものではない。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Of course, the present invention is not limited by the following embodiments.
【００１２】[0012]
【実施例】図４は、この発明の一実施例である負イオン
引出し部の各負イオン源電極の構造及び各寸法を示した
ものである。この負イオン引出し部の構造は、Ｍｕｌｔ
ｉ−Ａｍｐｅｒｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｓｏｕ
ｒｃｅに備えられ、６０ｋｅＶ、７ｍＡ／ｃｍ2 までの
負イオンビームが生成される。また、ビーム軌道の圧力
はＨ2 ガスにより０．０３〜０．０６Ｐａに保たれてい
る。図１に対応して、この図４においては、電子抑制電
極（４）の電極孔（１２ｃ）が、プラズマ電極（２）の
電極孔（１２ａ）と引出し電極（３）の電極孔（１２
ｂ）の中心に対して変位量δだけ変位されて配設されて
いる。この変位量δを０．５ｍｍ毎に３．０ｍｍまで変
位させ、電極孔の変位による負イオンビームの偏向補正
角を測定する。また、電極孔は、磁場に平行な方向、及
び垂直な方向にそれぞれ変位させ、電極孔の変位方向と
偏向角との関係も測定する。負イオンビームの偏向角、
及び軌道の測定分析は、負イオン源から８２７ｍｍ下流
のところに設置された開口部直径１ｍｍのファラデー・
カップを、ビーム軸に垂直な平面において走査すること
により負イオンビームの軌道跡を得て、この軌道跡を用
いることにより行う。また、この図４に示される負イオ
ン引出し部においては、大パワーの負イオンビームを集
束するために接地電極（５）の電極孔（１２ｄ）も変位
されて配設されている。 EXAMPLE FIG. 4 shows the structure and size of each negative ion source electrode of the negative ion extraction part according to one embodiment of the present invention. The structure of this negative ion extraction part is Multi
i-Ampere negative Ion Sou
The negative ion beam up to 60 keV and 7 mA / cm 2 is generated in the rce. The pressure of the beam orbit is kept at 0.03 to 0.06 Pa by H 2 gas. Corresponding to FIG. 1, in FIG. 4 , the electrode hole (12c) of the electron suppressing electrode (4) is the electrode hole (12a) of the plasma electrode (2) and the electrode hole (12) of the extraction electrode (3).
It is arranged by being displaced by the displacement amount δ with respect to the center of b). The displacement δ is displaced to 3.0mm per 0.5 mm, to measure a deflection correction angle of the negative ion beam by displacement of the conductive Gokuana. Further, the electrode hole is displaced in a direction parallel to the magnetic field and a direction perpendicular to the magnetic field, and the relationship between the displacement direction of the electrode hole and the deflection angle is measured. Deflection angle of negative ion beam,
And orbits are measured and analyzed by a Faraday probe with an opening diameter of 1 mm installed 827 mm downstream from the negative ion source.
The trajectory of the negative ion beam is obtained by scanning the cup in a plane perpendicular to the beam axis, and the trajectory is used. In addition, the negative ion shown in FIG.
In the extraction section, a high-power negative ion beam is collected.
The electrode hole (12d) of the ground electrode (5) is also displaced for bundling
Are arranged.
【００１３】[0013]
【００１４】ここで、電子抑制電極の電極孔の変位と、
この電極孔の変位による負イオンビームの偏向角との関
係をビーム光学理論により説明する。また、この発明の
負イオン源電極は、電子抑制電極の電極孔の変位のみに
より負イオンビームの偏向補正を行うものであるが、一
般に、負イオンビーム引出し部においては、大パワーの
負イオンビームを集束するために接地電極の電極孔も変
位されて配設されており、このため、この接地電極の電
極孔の変位による負イオンビームへの偏向影響をも同時
に考える必要がある。そこで、ここでは、接地電極の電
極孔の変位との関係についても同時にビーム光学理論に
より説明する。まず、薄レンズの近似（thin lens appr
oximation ）において、静電レンズである電子抑制電極
レンズの焦点距離Ｆ1 、および接地電極レンズの焦点距
離Ｆ2は、それぞれ以下の式により求められる。Here, the displacement of the electrode hole of the electron suppressing electrode and
The relationship between the displacement of the electrode hole and the deflection angle of the negative ion beam will be described by the beam optical theory. In addition, the present invention
The negative ion source electrode is only for displacement of the electrode hole of the electron suppression electrode.
This is for correcting the deflection of the negative ion beam.
Generally, in the negative ion beam extraction unit,
The electrode hole of the ground electrode was also changed to focus the negative ion beam.
The ground electrode is placed in the
Simultaneously affects the deflection of the negative ion beam due to the displacement of the polar hole.
Need to think in. Therefore, here, the voltage of the ground electrode
Regarding the relationship with the displacement of the polar hole,
More will be described. First, thin lens appr
oximation), the focal length F 1 of the electron suppression electrode lens, which is an electrostatic lens, and the focal length F 2 of the ground electrode lens are respectively calculated by the following equations.
【００１５】[0015]
【数１】 [Equation 1]
【００１６】[0016]
【数２】 (Equation 2)
【００１７】静電場の強さＥは、一次近似として電圧を
間隙長さで割ることにより計算される。しかしながら、
この薄レンズの近似を、負イオンを用いた中性粒子入射
装置における負イオン引出し部の電子抑制電極にそのま
ま適用することは、負イオン引出し部の引出し電極が電
子抑制電極を静電場の強さＥ1 から絶縁するのに十分な
厚さを有しているために、適当ではない。そこで、静電
場の強さＥ1 を無視すると、電子抑制電極の焦点距離Ｆ
1 は、以下のようになる。The electrostatic field strength E is calculated by dividing the voltage by the gap length as a first approximation. However,
This thin lens approximation is based on neutral particle injection using negative ions.
The electron suppression electrode of the negative ion extraction part of the device
Also , it is not suitable to be applied because the extraction electrode of the negative ion extraction portion has a sufficient thickness to insulate the electron suppressing electrode from the electrostatic field strength E 1 . Therefore, ignoring the electrostatic field strength E 1 , the focal length F of the electron suppression electrode is
1 becomes as follows.
【００１８】[0018]
【数３】 (Equation 3)
【００１９】この焦点距離Ｆ1 を用いて、電子抑制電極
が変位量δ1 だけ変位される時の電子抑制電極における
負イオンビームの偏向角θ1 は、次式で表される。Using this focal length F 1 , the electron suppressing electrode is displaced when the electron suppressing electrode is displaced by the displacement amount δ 1 .
The deflection angle θ 1 of the negative ion beam is expressed by the following equation.
【００２０】[0020]
【数４】 (Equation 4)
【００２１】ここで、上式右辺の［Ｖ1 ／（Ｖ1 ＋
Ｖ2 ）1/2 ］は、引き出された負イオンビームのための
補正エネルギーである。また、偏向された負イオンビー
ムの軌道は、次式で表される軸加速（axial accelerati
on）θacc により補正される。Here, [V 1 / (V 1 +
V 2 ) 1/2 ] is the correction energy for the extracted negative ion beam. Further, the trajectory of the deflected negative ion beam, shaft acceleration represented by the following formula (axial accelerat i
o n) Corrected by θ acc .
【００２２】[0022]
【数５】 (Equation 5)
【００２３】また、接地電極においては、負イオンビー
ムの偏向角θ2 は、接地電極の変位量δ2 を用いて、以
下の式により表される。In the ground electrode , negative ion beads are used.
The deflection angle θ 2 of the frame is calculated using the displacement amount δ 2 of the ground electrode as follows.
It is represented by the formula below .
【００２４】[0024]
【数６】 (Equation 6)
【００２５】このように、電子抑制電極と接地電極が変
位される場合、負イオンビームは、電子抑制電極におけ
る偏向、軸加速、及び接地電極における偏向を受ける。
つまり、負イオンビームの最終的な偏向量は、上記の電
子抑制電極における偏向角θ 1 、軸加速θacc 、及び接
地電極における偏向角θ2 の合計で表される。以上のよ
うに表される各偏向角の理論値と図４に示されるこの発
明の一実施例である負イオン源電極における実測値を比
較する。この実測値は、図４に示されるように、接地電
極の電極孔の変位の影響も含んだ値を用いている。 In this way, the electron suppression electrode andGround electrodeIs strange
The negative ion beam at the electron suppression electrode.
Deflection, axis acceleration, andGround electrodeSubject to a bias in.
In other words, the final deflection amount of the negative ion beam is
Deflection angle θ at the child suppression electrode 1, Axis acceleration θacc,as well asContact
Ground electrodeDeflection angle atTwoIt is represented by the sum of. That's all
And the theoretical value of each deflection angle4From this departure shown in
The measured value of the negative ion source electrode, which is an example of the
Compare.This measured value, as shown in FIG.
A value including the effect of the displacement of the electrode hole of the pole is used.
【００２６】図５は、上から見た電極孔の配設位置を示
したものであり、図５（ａ）は、引出し電極の電極孔の
配設位置、図５（ｂ）は、磁場に平行な方向へ変位され
た電極孔の配設位置、図５（ｃ）は、磁場に垂直な方向
へ変位された電極孔の配設位置をそれぞれ示したもので
ある。図５（ａ）においては、電極孔（１２）は４×５
の格子状に真っ直ぐに並んで配設されており、永久磁石
（６）が電極孔（１２）をはさんで交互に配設されてい
る。図５（ｂ）においては、電極孔（１２）は、最初の
一列と一行だけは真っ直ぐに並んで配設され、残りの３
×４の電極孔は、それぞれ変位量δ０．５ｍｍ毎に３．
０ｍｍまで磁場に平行な方向に変位されて配設されてい
る。図５（ｃ）においては、電極孔（１２）は、最初の
一列と一行だけは真っ直ぐに並んで配設され、残りの３
×４の電極孔は、それぞれ変位量δ０．５ｍｍ毎に３．
０ｍｍまで磁場に垂直な方向に変位されて配設されてい
る。図５（ａ）から明らかなように、磁場の方向は横方
向なので、磁場に平行な方向とは横方向のことであり、
磁場に垂直な方向とは縦方向を意味する。FIG. 5 shows the arrangement positions of the electrode holes as seen from above . FIG. 5 (a) shows the arrangement positions of the electrode holes of the extraction electrode, and FIG. 5 (b) shows the magnetic field. arrangement position of the displaced electrode apertures in a direction parallel to, FIG. 5 (c) illustrates a magnetic field in the arrangement position of the electrodes holes displaced perpendicular directions. In FIG. 5 (a), the electrode apertures (12) is 4 × 5
Are arranged in a straight line in a grid pattern, and the permanent magnets (6) are alternately arranged with the electrode holes (12) sandwiched therebetween. In FIG. 5 (b), the electrode holes (12) are arranged in a straight line only in the first column and the first row, and the remaining three holes are formed.
The electrode holes of × 4 are each 3.
It is arranged so as to be displaced up to 0 mm in a direction parallel to the magnetic field. In FIG. 5 (c), the electrode holes (12) are arranged in a straight line only in the first row and in the first row, and the remaining three holes are formed.
The electrode holes of × 4 are each 3.
It is arranged so as to be displaced up to 0 mm in the direction perpendicular to the magnetic field. FIGS. 5 (a) As is apparent from, the direction of the magnetic field so lateral refers to a transverse direction to the direction parallel to the magnetic field,
The direction perpendicular to the magnetic field means the vertical direction.
【００２７】まず、電子抑制電極と接地電極の電極孔を
磁場に平行な方向に変位させたときの電極孔変位量に対
する負イオンビームの偏向補正角を測定した。図６は、
この時の電極孔変位量と負イオンビーム偏向補正角との
関係を示したものである。この図６から明らかなよう
に、負イオンビーム偏向補正角は、電極孔変位量に比例
していることがわかる。First, the deflection correction angle of the negative ion beam with respect to the displacement amount of the electrode hole when the electrode holes of the electron suppressing electrode and the ground electrode were displaced in the direction parallel to the magnetic field was measured. FIG.
The relationship between the displacement amount of the electrode hole and the negative ion beam deflection correction angle at this time is shown. As is apparent from FIG. 6, the negative ion beam deflection correction angle is proportional to the electrode hole displacement amount.
【００２８】[0028]
【００２９】次に、電子抑制電極と接地電極の電極孔を
磁場に平行な方向に変位させたとき、および磁場に垂直
な方向に変位させたときの電極孔変位量に対する負イオ
ンビーム偏向補正角を測定した。図７は、この時の電極
孔変位量と負イオンビーム偏向補正角との関係を示した
ものである。この図７から明らかなように、電極孔の変
位方向、平行または垂直、による偏向補正角の違いはな
い。つまり、電極孔の変位方向には関係なく、負イオン
ビームの偏向を補正することができる。Next, the negative ion beam deflection correction angle with respect to the electrode hole displacement amount when the electrode holes of the electron suppressing electrode and the ground electrode are displaced in the direction parallel to the magnetic field and when they are displaced in the direction perpendicular to the magnetic field. Was measured. FIG. 7 shows the relationship between the electrode hole displacement amount and the negative ion beam deflection correction angle at this time. As is apparent from FIG. 7 , there is no difference in the deflection correction angle depending on the displacement direction of the electrode hole, parallel or vertical. That is, the deflection of the negative ion beam can be corrected regardless of the displacement direction of the electrode hole.
【００３０】また、負イオンビーム偏向補正のための電
子抑制電極と接地電極の電極孔変位による負イオンビー
ムへの発散、遮断の影響の有無を調べた。図８は、負イ
オン源から約１ｍ下流における負イオンビームの図面に
代わる写真である。この図８から明らかなように、５本
の負イオンビームを明確に確認することができ、これら
負イオンビームの顕著な発散や遮断は検出されなかっ
た。Further, the presence or absence of the influence of divergence and interruption on the negative ion beam due to the displacement of the electrode holes of the electron suppressing electrode and the ground electrode for correcting the deflection of the negative ion beam was examined. FIG. 8 is a photograph as a substitute for a drawing of a negative ion beam about 1 m downstream from the negative ion source. As is clear from FIG. 8 , the five negative ion beams could be clearly confirmed, and no remarkable divergence or blocking of these negative ion beams was detected.
【００３１】このように、電極の電極孔変位により、磁
場による負イオンビームの偏向方向とは逆方向にさらに
負イオンビームを偏向させることにより、磁場による負
イオンビームの偏向を、ビームの発散、遮断無く、簡便
に補正することができる。なお、以上の実施例では、接
地電極の電極孔の変位による負イオンビームへの偏向影
響をも同時に考慮したものとして例示しているが、この
発明の負イオン源電極は、負イオン引き出し部内の電子
抑制電極の電極孔の変位のみにより負イオンビームの偏
向を十分に補正することができるものであり、接地電極
の電極孔が変位されていても、変位されていなくても、
十分に負イオンビームの偏向補正を行うことができる。
また、この発明の負イオン源電極は、加速器への入射前
の引出し部下流に、薄板平板に予め位置が変位された電
極孔が配設されている構造を有する偏向補正電極を設置
することにより、電子抑制電極と接地電極の電極孔が変
位されてなくとも、十分に負イオンビームの偏向を補正
するとができる。もちろん、電子抑制電極と接地電極の
電極孔が同時に変位されて配設されていても、何の問題
もなく、十分な偏向補正効果を得ることができる。 As described above, by displacing the electrode holes of the electrodes, the negative ion beam is further deflected in the direction opposite to the direction in which the negative ion beam is deflected by the magnetic field. It can be easily corrected without interruption. In the above examples,
Deflection shadow on negative ion beam due to displacement of electrode hole of ground electrode
The sound is also taken into consideration as an example.
The negative ion source electrode of the invention is designed to
Only the displacement of the electrode hole of the suppression electrode causes the deflection of the negative ion beam.
The direction of the ground electrode
Even if the electrode hole of is not displaced,
The deflection of the negative ion beam can be sufficiently corrected.
In addition, the negative ion source electrode of the present invention is
Downstream of the drawer part of the
Installation of deflection correction electrodes with a structure in which polar holes are arranged
Change the electrode holes of the electron suppression electrode and the ground electrode.
Corrects the deflection of the negative ion beam even if it is not positioned
You can do it. Of course, the electron suppression electrode and the ground electrode
No problem, even if the electrode holes are displaced and arranged at the same time
Nonetheless, it is possible to obtain a sufficient deflection correction effect.
【００３２】[0032]
【発明の効果】この発明は、以上詳しく説明したよう
に、負イオン引出し部の電極として、電極孔が予め変位
されて配設されている電極を用いることにより、電子抑
制用磁場による負イオンビームの不必要な偏向を、該負
イオンビームに発散や遮断などの影響を与えること無
く、簡便に補正することができる。As described in detail above, according to the present invention , the electrode hole is previously displaced as the electrode of the negative ion extracting portion.
Electron suppression is achieved by using the electrodes that are installed separately.
Unnecessary deflection of the negative ion beam due to the control magnetic field does not affect the negative ion beam by divergence or blocking.
And can be easily corrected.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】負イオン中性粒子入射装置において従来より用
いられている負イオン引出し部（ＪＡＥＲＩ引出し部）
の断面構造図である。FIG. 1 Negative ion extraction unit (JAERI extraction unit) conventionally used in a negative ion neutral particle injector.
FIG.
【図２】負イオン引出し部の引出し電極（３）部の平面
図である。FIG. 2 is a plan view of an extraction electrode (3) part of a negative ion extraction part.
【図３】電子抑制用の磁場により偏向された負イオンビ
ームの軌道跡（ｆｏｏｔ ｐｒｉｎｔ）の一例を示した
図である。 FIG. 3 is a negative ion beam deflected by a magnetic field for electron suppression .
I showed an example of the foot print
FIG.
【図４】この発明の一実施例である負イオン源電極の断
面構造図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the disconnection of the negative ion source electrode according to the embodiment of the present invention .
FIG.
【図５】電極孔の配設位置を示した平面図であり、
（ａ）は、引出し電極の電極孔の配設位置を示した平面
図、（ｂ）は、磁場に平行な方向へ変位された電極孔の
配設位置を示した平面図、（ｃ）は、磁場に垂直な方向
へ変位された電極孔の配設位置を示した平面図である。 FIG. 5 is a plan view showing an arrangement position of electrode holes,
(A) is a plane showing the position of the electrode hole of the extraction electrode
Figure, (b) shows the electrode holes displaced in the direction parallel to the magnetic field.
A plan view showing the arrangement position, (c) is a direction perpendicular to the magnetic field
It is a top view showing the arrangement position of the electrode hole displaced to.
【図６】電極孔変位量と負イオンビーム偏向補正角との
関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between an electrode hole displacement amount and a negative ion beam deflection correction angle.
【図７】電極孔変位量と負イオンビーム偏向補正角との
関係図である。 FIG. 7 shows the amount of electrode hole displacement and the negative ion beam deflection correction angle.
It is a relationship diagram.
【図８】負イオン源から約１ｍ下流における負イオンビ
ームの図面に代わる写真である。 FIG. 8 shows a negative ion beam about 1 m downstream from the negative ion source .
It is a photograph which replaces the drawing of the home.
【符号の説明】 １ 負イオン源 ２ プラズマ電極 ３ 引出し電極 ４ 電子抑制電極 ５ 接地電極 ６ 永久磁石 ７ 電子 ８ 引出し間隙 ９ 加速間隙 １０ ＪＡＥＲＩ引出し部 １１ 負イオンビーム １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 電極孔 ─────────────────────────────────────────────────────
[Description of Reference Signs] 1 negative ion source 2 plasma electrode 3 extraction electrode 4 electron suppression electrode 5 ground electrode 6 permanent magnet 7 electron 8 extraction gap 9 acceleration gap 10 JAERI extraction portion 11 negative ion beam 12a, 12b, 12c, 12d electrode hole ─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成７年１２月４日[Submission date] December 4, 1995
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図３[Correction target item name] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図３】 [Figure 3]
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図４[Correction target item name] Fig. 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図４】 FIG. 4
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図５[Correction target item name] Fig. 5
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図５】 [Figure 5]
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図６[Correction target item name] Fig. 6
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図６】 FIG. 6
【手続補正５】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図７[Name of item to be corrected] Figure 7
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図７】 FIG. 7
【手続補正６】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図８[Correction target item name] Fig. 8
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図８】 [Figure 8]
【手続補正７】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図９[Correction target item name] Figure 9
【補正方法】削除[Correction method] Deleted
Claims (2)
を引き出して加速するための負イオン引出し部の電極で
あって、引出し部内の電子抑制電極に予め位置が変位さ
れた電極孔が配設されていることを特徴とする負イオン
源電極。1. An electrode of a negative ion extraction part for extracting and accelerating negative ions from a negative ion source in an accelerator, wherein an electron suppression electrode in the extraction part is provided with an electrode hole whose position is displaced in advance. Negative ion source electrode characterized in that
を引き出して加速するための負イオン引出し部の電極で
あって、薄板平板に予め位置が変位された電極孔が配設
されている構造を有する偏向補正電極が負イオン引出し
部下流に具備されていることを特徴とする負イオン源電
極。2. An electrode of a negative ion extraction part for extracting negative ions from a negative ion source and accelerating them in an accelerator, wherein the thin plate has a structure in which electrode holes whose positions are previously displaced are provided. A negative ion source electrode, characterized in that a deflection correction electrode is provided downstream of the negative ion extraction part.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7187901A JPH0917345A (en) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | Anion source electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7187901A JPH0917345A (en) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | Anion source electrode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0917345A true JPH0917345A (en) | 1997-01-17 |
Family
ID=16214187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7187901A Pending JPH0917345A (en) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | Anion source electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0917345A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005507555A (en) * | 2001-10-31 | 2005-03-17 | ターレス エレクトロン デバイス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Plasma accelerator |
| JP2022166171A (en) * | 2018-08-06 | 2022-11-01 | マトソン テクノロジー インコーポレイテッド | System and method for workpiece processing using neutral atomic beam |
-
1995
- 1995-06-30 JP JP7187901A patent/JPH0917345A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005507555A (en) * | 2001-10-31 | 2005-03-17 | ターレス エレクトロン デバイス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Plasma accelerator |
| JP2022166171A (en) * | 2018-08-06 | 2022-11-01 | マトソン テクノロジー インコーポレイテッド | System and method for workpiece processing using neutral atomic beam |
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