JPH1048369A - Neutral particle injection device - Google Patents

Neutral particle injection device

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JPH1048369A
JPH1048369A JP8208470A JP20847096A JPH1048369A JP H1048369 A JPH1048369 A JP H1048369A JP 8208470 A JP8208470 A JP 8208470A JP 20847096 A JP20847096 A JP 20847096A JP H1048369 A JPH1048369 A JP H1048369A
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beam dump
dump
ion
neutral particle
heat load
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Junko Mihashi
純子 三橋
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    • G21B1/15Particle injectors for producing thermonuclear fusion reactions, e.g. pellet injectors
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce thermal load injected in a beam damp and reduce the size of the beam damp. SOLUTION: This device has a neutralizing cell 4 converting ion beam 2 emitted from an ion source 1 to neutral particles, a biasing magnet 11 biasing the orbit of the ion beam 2 remaining after passing the neutralizing cell 4 and beam dumps 13a, 13b, 14a and 14b eliminating the remaining ion biased by the magnetic field of the bias magnet 11 as heat. Between the magnetic poles of the bias magnet 11, the beam dumps 13a and 13b are arranged so that the ion beam 2 goes into the beam dumps 13a and 13b before completely reflected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は核融合装置の加熱機
器である中性粒子入射装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neutral beam injector which is a heating device for a nuclear fusion device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来の中性粒子入射装置の構成を
示す断面図である。図5に示すように、イオン源1から
引き出されたイオンビーム2は、真空容器3を経て中性
化セル4を通過することにより中性化される。この中性
化セル4により中性化された中性粒子のみが真空容器5
を経てドリフト管6を通り核融合装置本体7のプラズマ
8に入射される。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a conventional neutral particle injector. As shown in FIG. 5, the ion beam 2 extracted from the ion source 1 is neutralized by passing through a vacuum cell 3 and a neutralization cell 4. Only the neutral particles neutralized by the neutralization cell 4 are supplied to the vacuum vessel 5
Through the drift tube 6 and into the plasma 8 of the fusion device main body 7.

【0003】また、真空容器3内には真空排気するする
ためのクライオポンプ9が設置されている一方、真空容
器5内にはカロリーメーター10と、イオンビーム2の
進路を偏向させる偏向磁石11と、この偏向磁石11に
より偏向した残留イオンを熱として除去するビームダン
プ12,12とが設置されている。
A cryopump 9 for evacuating the vacuum is provided in the vacuum vessel 3, while a calorie meter 10 and a deflecting magnet 11 for deflecting the path of the ion beam 2 are provided in the vacuum vessel 5. And beam dumps 12 for removing residual ions deflected by the deflection magnet 11 as heat.

【0004】そして、イオンビーム2が中性化セル4を
通過して中性粒子ビームに変換される際、一部はイオン
のまま残留する。この残留イオンは、真空容器5内に設
置された偏向磁石11の磁場によりイオン軌道が曲げら
れ、ビームダンプ12,12に熱負荷として入射し、取
り除かれる。
When the ion beam 2 passes through the neutralization cell 4 and is converted into a neutral particle beam, a part of the ion beam remains as an ion. The ion trajectory of the residual ions is bent by the magnetic field of the deflecting magnet 11 installed in the vacuum vessel 5, enters the beam dumps 12, 12 as a thermal load, and is removed.

【0005】ここで、イオンビームの偏向方法について
述べる。イオンビームの偏向方法は透過型と反射型とに
分けられ、図6には従来の透過型でのイオンビームの軌
道とビームダンプの構成を、図7には従来の反射型での
イオンビームの軌道とビームダンプの構成をそれぞれ示
す。但し、図6および図7においては、負イオンビーム
の軌道のみを示しており、正イオンについてはビーム軸
に対し上下対称となるので図示していない。
Here, a method of deflecting an ion beam will be described. Ion beam deflection methods are classified into a transmission type and a reflection type. FIG. 6 shows the configuration of a conventional transmission type ion beam orbit and a beam dump, and FIG. 7 shows a conventional reflection type ion beam. The configuration of the orbit and the beam dump are shown respectively. However, FIGS. 6 and 7 show only the trajectory of the negative ion beam, and the positive ions are not shown because they are vertically symmetric with respect to the beam axis.

【0006】透過型の場合、図6に示すようにイオンビ
ーム2は偏向磁石11により軌道が曲げられ、ビームダ
ンプ12,12に入射する。この透過型のビームダンプ
12,12はビームを受けるためビーム軸に対し、ほぼ
平行な位置に配置されている。
In the case of the transmission type, the trajectory of the ion beam 2 is bent by the deflecting magnet 11 as shown in FIG. The transmission type beam dumps 12, 12 are arranged at positions substantially parallel to the beam axis to receive the beams.

【0007】また反射型の場合、図7に示すようにイオ
ンビーム2は、偏向磁石11によりビーム軌道が180
°偏向されるため、ビームダンプ12,12はビーム軸
に対し垂直な位置に配置されている。
[0007] In the case of the reflection type, as shown in FIG.
Due to the deflection, the beam dumps 12, 12 are arranged at positions perpendicular to the beam axis.

【0008】上記ビームダンプ12,12は、イオンビ
ーム入射領域に冷却管を並べて設置され、入射する熱負
荷の値により直管を用いる場合と、冷却管内にねじりテ
ープを挿入させ、除熱能力を高めたスワール管を用いる
場合とがある。
The beam dumps 12 and 12 are provided with cooling pipes arranged side by side in the ion beam incident area, and when a straight pipe is used depending on the value of the incident heat load, a twisting tape is inserted into the cooling pipe to reduce the heat removal ability. In some cases, an increased swirl tube is used.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の中性粒子入射装置において、ビームダンプ1
2,12の構造は、入射するイオンビーム2の熱負荷と
それを受けるビームダンプ12,12の配置が問題とな
る。上述したビームの各偏向方法に対してそれぞれの問
題点を説明する。
However, in the above-described conventional neutral particle injector, the beam dump 1
In the structures 2 and 12, the heat load of the incident ion beam 2 and the arrangement of the beam dumps 12 and 12 receiving the heat load pose a problem. Problems will be described for each of the beam deflection methods described above.

【0010】透過型の偏向方法の場合、図6に示すよう
に中性化セル4を通過したイオンビーム2は、偏向磁石
11を通過した後、偏向磁石11の磁場によりビームが
収束されるため、ビームダンプ12,12に入射する際
の単位面積当たりの熱負荷が高くなる。この熱負荷を軽
減するためには、偏向磁石11の磁場の強さを下げ、ビ
ームダンプ12,12に入射するイオンビーム2の入射
角度を浅くする必要がある。
In the case of the transmission type deflection method, the ion beam 2 that has passed through the neutralization cell 4 is converged by the magnetic field of the deflection magnet 11 after passing through the deflection magnet 11 as shown in FIG. Therefore, the heat load per unit area when entering the beam dumps 12 and 12 increases. In order to reduce the heat load, it is necessary to reduce the intensity of the magnetic field of the deflecting magnet 11 and make the incident angle of the ion beam 2 incident on the beam dumps 12, 12 shallow.

【0011】この場合には、ビーム領域がビーム軸方向
に拡がるため、ビームダンプ12,12の長さを長くし
なくてはならない。また、長いビームダンプ12,12
を設置するため、真空容器5も大型化しなくてはならな
い。さらに、ビームダンプ12,12が長くなると、冷
却水を流す際の圧力損失が増加し、装置全体のポンプ容
量が増加する問題点がある。そして、ビームダンプ1
2,12の長さが長くなることにより、ビーム入射時の
温度上昇により発生する熱変形が大きくなる問題点もあ
る。
In this case, since the beam area expands in the beam axis direction, the length of the beam dumps 12, 12 must be increased. In addition, long beam dumps 12, 12
Therefore, the size of the vacuum vessel 5 must be increased. Further, when the length of the beam dumps 12 and 12 increases, the pressure loss when flowing the cooling water increases, and there is a problem that the pump capacity of the entire apparatus increases. And beam dump 1
When the length of the beam 2 or 12 is increased, there is also a problem that thermal deformation caused by a temperature rise at the time of beam incidence becomes large.

【0012】反射型の偏向方法の場合、図7に示すよう
にイオンビーム2は、偏向磁石11の磁場領域内で収束
し、その後再度発散し、入射する際のビーム分布にほぼ
近い形態でビームダンプ12,12に入射する。したが
って、熱負荷は低く抑えられるものの、イオンビーム2
を180°偏向させるための磁場領域が必要となり、そ
れに伴い偏向磁石11およびビームダンプ12,12が
大型化してしまう問題点がある。
In the case of the reflection type deflection method, as shown in FIG. 7, the ion beam 2 converges in the magnetic field region of the deflecting magnet 11, then diverges again, and has a beam shape almost similar to the beam distribution at the time of incidence. The light enters the dumps 12, 12. Therefore, although the heat load can be kept low, the ion beam 2
Requires a magnetic field region to deflect the beam by 180 °, and there is a problem that the deflection magnet 11 and the beam dumps 12 are enlarged accordingly.

【0013】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ビームダンプに入射される熱負荷を軽減しつ
つ、ビームダンプの小型化を図った中性粒子入射装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has as its object to provide a neutral particle injector that reduces the heat load incident on the beam dump and reduces the size of the beam dump. And

【0014】[0014]

【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、イオンビームを生成する
イオン源と、このイオン源から出射されたイオンビーム
を中性粒子に変換する中性化セルと、この中性化セル通
過後に残留したイオンビームの軌道を偏向させる偏向磁
石と、この偏向磁石の磁場により偏向した残留イオンを
熱として除去するビームダンプとを有する中性粒子入射
装置において、前記偏向磁石の磁極間に前記ビームダン
プを配置するとともに、前記イオンビームが完全反射す
る前に前記ビームダンプに入射させたことを特徴とす
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is an ion source for generating an ion beam, and an ion beam emitted from the ion source is converted into neutral particles. Neutralizing cell, a deflecting magnet that deflects the trajectory of the ion beam remaining after passing through the neutralizing cell, and a beam dump that removes residual ions deflected by the magnetic field of the deflecting magnet as heat. In the incident device, the beam dump may be arranged between the magnetic poles of the deflection magnet, and may be incident on the beam dump before the ion beam is completely reflected.

【0015】請求項2は、請求項1記載のビームダンプ
が複数に分割構成され、ビーム軸とほぼ平行に偏向磁石
の磁極間に設置された水平ビームダンプと、ビーム軸と
垂直に設置された垂直ビームダンプとを備えたことを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the beam dump according to the first aspect is divided into a plurality of parts, a horizontal beam dump installed between the magnetic poles of the deflecting magnet substantially parallel to the beam axis, and a beam dump installed perpendicular to the beam axis. And a vertical beam dump.

【0016】請求項3は、請求項1または2記載のビー
ムダンプがイオンビームによる高熱負荷部分にスワール
管を、低熱負荷部分に直管をそれぞれ設けた冷却管構造
としたことを特徴とする。
A third aspect of the present invention is characterized in that the beam dump according to the first or second aspect has a cooling pipe structure in which a swirl pipe is provided in a high heat load part by an ion beam and a straight pipe is provided in a low heat load part.

【0017】請求項4は、請求項3記載の低熱負荷部分
に設けた冷却管を2重管構造としたことを特徴とする。
A fourth aspect of the present invention is characterized in that the cooling pipe provided in the low heat load portion according to the third aspect has a double pipe structure.

【0018】請求項5は、請求項3記載の高熱負荷を受
けるビームダンプに流す冷却水と、低熱負荷を受けるビ
ームダンプの冷却水をシリーズで流す構造としたことを
特徴とする。
A fifth aspect of the present invention is characterized in that the cooling water flowing to the beam dump receiving the high heat load and the cooling water of the beam dump receiving the low thermal load flow in series.

【0019】請求項6は、請求項1記載のビームダンプ
の冷却管内面に防食コーティングを施したことを特徴と
する。
A sixth aspect of the present invention is characterized in that an anticorrosion coating is applied to the inner surface of the cooling pipe of the beam dump according to the first aspect.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1は本発明に係る中性粒子入射装置の第
1実施形態を示す断面図である。なお、従来の構成と同
一の部分には、図5と同一の符号を付して説明する。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a neutral particle injector according to the present invention. Note that the same parts as those in the conventional configuration are denoted by the same reference numerals as in FIG.

【0022】図1に示すように、中性粒子入射装置は、
イオンビーム2を生成するイオン源1と、このイオン源
1から出射されたイオンビーム2を中性粒子に変換する
中性化セル4と、この中性化セル4の通過後に残留した
イオンを取り除くためにイオンビーム2の軌道を偏向さ
せる偏向磁石11と、この偏向磁石11により偏向した
残留イオンを熱として除去する水平ビームダンプ13
a,13bおよび垂直ビームダンプ14a,14bと、
前記中性粒子が核融合装置本体7のプラズマ8に入射す
るまでに通過するドリフト管6とを有している。
As shown in FIG. 1, the neutral particle injector is
An ion source 1 for generating an ion beam 2, a neutralization cell 4 for converting the ion beam 2 emitted from the ion source 1 into neutral particles, and ions remaining after passing through the neutralization cell 4 are removed. Magnet 11 for deflecting the trajectory of the ion beam 2 and a horizontal beam dump 13 for removing residual ions deflected by the deflection magnet 11 as heat.
a, 13b and vertical beam dumps 14a, 14b;
And a drift tube 6 through which the neutral particles pass before being incident on the plasma 8 of the fusion device main body 7.

【0023】また、真空容器3内には、真空排気するす
るためのクライオポンプ9が設置され、偏向磁石11お
よび水平ビームダンプ13a,13b、垂直ビームダン
プ14a,14bが真空容器5内に設置されている。
A cryopump 9 for evacuating the vacuum is provided in the vacuum vessel 3, and a deflecting magnet 11, horizontal beam dumps 13 a and 13 b, and vertical beam dumps 14 a and 14 b are provided in the vacuum vessel 5. ing.

【0024】ここで、13aは負イオン用水平ビームダ
ンプを、13bは正イオン用水平ビームダンプを、14
aは負イオン用垂直ビームダンプを、14bは正イオン
用垂直ビームダンプをそれぞれ示している。そして、水
平ビームダンプ13a,13bは偏向磁石11の磁極ギ
ャップ内に設置されており、垂直ビームダンプ14a,
14bは偏向磁石11の中性化セル4側に設置されてい
る。
Here, 13a is a horizontal beam dump for negative ions, 13b is a horizontal beam dump for positive ions,
a indicates a vertical beam dump for negative ions, and 14b indicates a vertical beam dump for positive ions. The horizontal beam dumps 13a, 13b are installed in the magnetic pole gap of the deflecting magnet 11, and the vertical beam dumps 14a,
14b is provided on the neutralization cell 4 side of the deflection magnet 11.

【0025】次に、本実施形態の作用を説明する。Next, the operation of the present embodiment will be described.

【0026】イオン源1から引き出されたイオンビーム
2は、中性化セル4を通して中性粒子に変換される。但
し、その一部はイオンのまま残留し、図1では残留した
イオンビーム2のみを示している。そして、変換された
中性粒子は、核融合装置7のプラズマ8に入射する際、
中性化セル4を通過後、残留したイオンビーム2が偏向
磁石11の作る磁場により軌道を曲げられる。この曲げ
られたイオンはその後水平ビームダンプ13a,13
b、垂直ビームダンプ14a,14bに入射し熱として
除去される。
The ion beam 2 extracted from the ion source 1 is converted into neutral particles through a neutralization cell 4. However, a part thereof remains as ions, and FIG. 1 shows only the remaining ion beam 2. Then, when the converted neutral particles enter the plasma 8 of the fusion device 7,
After passing through the neutralization cell 4, the trajectory of the remaining ion beam 2 is bent by the magnetic field generated by the deflection magnet 11. The bent ions are then transferred to horizontal beam dumps 13a, 13a.
b, incident on the vertical beam dumps 14a, 14b and removed as heat.

【0027】また、偏向されたイオンビーム2は、約9
0°偏向したところで、偏向磁石11の磁極間にビーム
軌道と水平に設置された水平ビームダンプ13aに入射
する。偏向磁石11間に水平ビームダンプ13a,13
bを設置することで、イオンビーム2が中性化セル4を
出た時点での拡がりよりも多少狭い分布の時点で水平ビ
ームダンプ13aに入射するため、偏向磁石11の高さ
方向寸法を反射型よりも短くすることができる。
Also, the deflected ion beam 2 is approximately 9
When the beam is deflected by 0 °, the beam is incident on a horizontal beam dump 13 a placed horizontally between the magnetic poles of the deflecting magnet 11 and the beam orbit. Horizontal beam dumps 13a, 13 between the deflecting magnets 11
By installing b, the ion beam 2 enters the horizontal beam dump 13a at a time point of distribution that is slightly narrower than the spread point at the time of leaving the neutralization cell 4, so that the height dimension of the deflecting magnet 11 is reflected. It can be shorter than the mold.

【0028】但し、水平ビームダンプ13aだけでは偏
向したイオンビーム2の全てを受けることはできない。
そこで、受けきれなかったイオンビーム2を受けるため
イオンビーム2をさらに偏向させ、磁石領域を通過した
部分にビーム軸と垂直方向に垂直ビームダンプ14aが
配置されている。この垂直ビームダンプ14aは先に水
平ビームダンプ13aに入射しきれなかったイオンビー
ム2のみを受けるため、完全反射型の場合のビームダン
プ長より短い領域をカバーすればよい。
However, the horizontal beam dump 13a alone cannot receive all of the deflected ion beam 2.
Therefore, the ion beam 2 is further deflected to receive the unacceptable ion beam 2, and a vertical beam dump 14a is arranged in a portion perpendicular to the beam axis in a portion passing through the magnet region. Since the vertical beam dump 14a receives only the ion beam 2 that has not previously entered the horizontal beam dump 13a, it is sufficient to cover an area shorter than the beam dump length in the case of the complete reflection type.

【0029】ところで、イオンビームには電荷により正
負2種類のイオンが存在する。図1には1種類のイオン
ビーム軌道のみを示していないが、他の一種類のイオン
ビームは電荷が正負逆になるので、偏向方法が逆にな
る。したがって、上述した水平イオンビームダンプ13
bと垂直イオンビームダンプ14bがビーム軸を対称軸
とした位置に同様に配置されている。
There are two types of ions, positive and negative, depending on the charge in the ion beam. Although FIG. 1 does not show only one type of ion beam trajectory, the other one type of ion beam has the opposite polarity, so that the deflection method is reversed. Therefore, the horizontal ion beam dump 13 described above is used.
b and the vertical ion beam dump 14b are similarly arranged at positions where the beam axis is a symmetry axis.

【0030】したがって、偏向磁石11のギャップ内に
は、正イオン用水平ビームダンプ13bと負イオン用水
平ビームダンプ13aが設置され、さらに偏向磁石11
の中性化セル4側に正イオン用垂直ビームダンプ14b
と、負イオン用垂直ビームダンプ14aが設置されてい
る。
Therefore, a horizontal beam dump 13b for positive ions and a horizontal beam dump 13a for negative ions are provided in the gap of the deflecting magnet 11,
Vertical beam dump 14b for positive ions on the neutralization cell 4 side
And a vertical beam dump 14a for negative ions.

【0031】このように本実施形態によれば、偏向磁石
11の磁極間に水平ビームダンプ13a,13bを設置
し、イオンビーム2が完全反射する以前に水平ビームダ
ンプ13aに入射させることで、イオンビーム2を収束
させることなく、水平ビームダンプ13aで除熱するこ
とができる。また、完全な反射型とするよりも偏向磁石
11の小型化が図れ、真空容器5もコンパクト化するこ
とができる。
As described above, according to the present embodiment, the horizontal beam dumps 13a and 13b are provided between the magnetic poles of the deflecting magnet 11, and are incident on the horizontal beam dump 13a before the ion beam 2 is completely reflected. The heat can be removed by the horizontal beam dump 13a without converging the beam 2. Further, the size of the deflecting magnet 11 can be reduced and the vacuum vessel 5 can be reduced in size as compared with the case of a completely reflective type.

【0032】また、偏向磁石11間にはビーム軸と水平
に水平ビームダンプ13a,13bを設置するととも
に、ビーム軸と垂直に垂直ビームダンプ14a,14b
を設置することにより、ビームダンプの1本当たりの長
さを短くすることができる。これにより、ビームダンプ
内に流通する冷却水の圧損を軽減することができ、ビー
ム入射による熱変形も抑えることができる。
Horizontal beam dumps 13a and 13b are provided between the deflecting magnet 11 and the horizontal axis of the beam axis, and vertical beam dumps 14a and 14b are provided perpendicular to the beam axis.
The length of each beam dump can be shortened by installing. Thereby, the pressure loss of the cooling water flowing in the beam dump can be reduced, and the thermal deformation due to the beam incidence can be suppressed.

【0033】さらに、ビームダンプを水平ビームダンプ
13a,13bと垂直ビームダンプ14a,14bに2
分割構造とすることにより、ユニット化することがで
き、組立時の1ユニットの重量を軽減することができ
る。これにより、組立、分解時の作業効率を高めること
が可能となる。
Further, two beam dumps are added to the horizontal beam dumps 13a and 13b and the vertical beam dumps 14a and 14b.
By adopting the divided structure, the unit can be made into a unit, and the weight of one unit at the time of assembly can be reduced. As a result, it is possible to increase the work efficiency during assembly and disassembly.

【0034】すなわち、ビームダンプを分割することに
より、それぞれのビーム入射による熱負荷に違いがあっ
た場合、各熱負荷に合致した冷却構造を採用することが
可能となる。また、組立および分解の際には、偏向磁石
11、垂直ビームダンプ14a,14b、水平ビームダ
ンプ13a,13bがそれぞれユニットとなるため、1
ユニットの重量・形状がコンパクト化される。
That is, by dividing the beam dump, if there is a difference in the heat load due to each beam incidence, it is possible to adopt a cooling structure that matches each heat load. In addition, when assembling and disassembling, the deflection magnet 11, the vertical beam dumps 14a and 14b, and the horizontal beam dumps 13a and 13b are each a unit.
The weight and shape of the unit are reduced.

【0035】図2(A),(B)は本発明に係る中性粒
子入射装置の第2実施形態におけるビームダンプの冷却
管を示す斜視図である。なお、前記第1実施形態と対応
する部分には同一の符号を付して説明する。この第2実
施形態では偏向磁石およびビームダンプの構成が前記第
1実施形態と同様である。
FIGS. 2A and 2B are perspective views showing a cooling pipe of a beam dump in a second embodiment of the neutral particle injector according to the present invention. Parts corresponding to those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In the second embodiment, the configurations of the deflecting magnet and the beam dump are the same as those of the first embodiment.

【0036】ところで、中性化セル4を通過したイオン
ビーム2は、分布を有しているのでビーム領域内で均一
な熱負荷にはならない。そのため、水平ビームダンプ1
3a,13bと垂直ビームダンプ14a,14bでは入
射する熱負荷が異なる。この熱負荷値の違いが大きい場
合、高熱負荷を受けるビームダンプは、図2(A)に示
すように冷却管内部にねじりテープ15を挿入し、冷却
能力を高めたスワール管16を使用する。
By the way, since the ion beam 2 that has passed through the neutralization cell 4 has a distribution, it does not have a uniform heat load in the beam region. Therefore, horizontal beam dump 1
The incident thermal loads differ between 3a and 13b and the vertical beam dumps 14a and 14b. When the difference in the heat load value is large, the beam dump subjected to the high heat load uses a swirl tube 16 in which the torsion tape 15 is inserted into the inside of the cooling pipe to increase the cooling capacity as shown in FIG.

【0037】このスワール管16は直管に比べ、除熱能
力は非常に高いものの、冷却水を流した際の圧力損失が
大きい。そのため、図1に示すように水平ビームダンプ
13a,13bと垂直ビームダンプ14a,14bに分
割することで、1本当たりの長さを短縮でき、各冷却ユ
ニットでの圧力損失を軽減させることができる。
Although the swirl pipe 16 has an extremely high heat removal ability as compared with a straight pipe, the pressure loss when flowing cooling water is large. For this reason, as shown in FIG. 1, by dividing into horizontal beam dumps 13a and 13b and vertical beam dumps 14a and 14b, the length per one can be shortened and the pressure loss in each cooling unit can be reduced. .

【0038】また、水平ビームダンプ13a,13bと
垂直ビームダンプ14a,14bでの熱負荷の違いが大
きい場合、高熱負荷を受けるビームダンプにはスワール
管16を使用し、入射熱負荷の低いビームダンプには図
2(B)に示すような直管17を使用する。このように
ユニット毎に冷却構造を変えることで、冷却水量,冷却
水圧力に対して最適化を図ることができる。
When the difference in heat load between the horizontal beam dumps 13a, 13b and the vertical beam dumps 14a, 14b is large, the swirl tube 16 is used for the beam dump receiving a high heat load, and the beam dump having a low incident heat load is used. A straight pipe 17 as shown in FIG. By changing the cooling structure for each unit as described above, it is possible to optimize the cooling water amount and the cooling water pressure.

【0039】このように本実施形態によれば、高熱負荷
部分にはスワール管16を、低熱負荷部分には直管17
を用いたビームダンプ構成とすることにより、入射する
熱負荷に合致した冷却構成が可能となり、ロスが削減さ
れ冷却構造の最適化を図ることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the swirl pipe 16 is provided in the high heat load part, and the straight pipe 17 is provided in the low heat load part.
By using a beam dump configuration using the above, a cooling configuration that matches the incident thermal load can be achieved, the loss can be reduced, and the cooling structure can be optimized.

【0040】また、分割したビームダンプの冷却水を高
熱負荷部分から低熱負荷部分にシリーズで流す構造とす
ることで、冷却能力を確保しつつ、必要な冷却水流量を
減少でき、冷却構造のコンパクト化を図ることができ
る。
Further, by employing a structure in which the cooling water of the divided beam dump is flowed in series from the high heat load portion to the low heat load portion, the required cooling water flow rate can be reduced while the cooling capacity is secured. Can be achieved.

【0041】図3(A),(B)は本発明に係る中性粒
子入射装置の第3実施形態におけるビームダンプを示す
斜視図,その冷却管を示す断面図である。
FIGS. 3A and 3B are a perspective view showing a beam dump in a third embodiment of a neutral particle injector according to the present invention, and a sectional view showing a cooling pipe thereof.

【0042】この実施形態では、低温熱負荷用のビーム
ダンプとして2重管を用いており、図3(A),(B)
に示す2重管ビームダンプ18を偏向磁石11間に設置
し、この偏向磁石11の外側にヘッダー19を設置す
る。
In this embodiment, a double tube is used as a beam dump for a low-temperature heat load, and FIGS. 3A and 3B are used.
Is installed between the deflection magnets 11, and a header 19 is installed outside the deflection magnet 11.

【0043】このように本実施形態によれば、低熱負荷
部分に2重管ビームダンプ18を用いたことにより、冷
却水用のヘッダーが冷却管の片側のみに必要となり、全
体としてコンパクトな構成となり、真空容器5内の冷却
配管構成を簡素化することができる。また、熱伸びに対
する拘束が片側のみとなるため、熱変形による応力が軽
減される。
As described above, according to the present embodiment, the use of the double-tube beam dump 18 in the low heat load portion requires a header for cooling water only on one side of the cooling pipe, resulting in a compact structure as a whole. In addition, the configuration of the cooling pipe in the vacuum vessel 5 can be simplified. In addition, since only one side restricts thermal expansion, stress due to thermal deformation is reduced.

【0044】図4は本発明に係る中性粒子入射装置の第
4実施形態におけるビームダンプの冷却管を示す断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cooling pipe of a beam dump in a fourth embodiment of the neutral particle injector according to the present invention.

【0045】この実施形態では、冷却管20の材料に銅
を使用した場合、冷却管20の内面にチタン(Ti)な
どの防食性の薄膜21がコーティングされている。この
薄膜21を形成したことにより、冷却水が流れる間に冷
却管20の内壁面の侵食を防ぐことができる。ビームダ
ンプの寿命は繰り返しの熱応力の他に、上述の冷却管内
の侵食により決定される。したがって、冷却管20内に
チタン(Ti)の薄膜21をコーティングすることによ
り、ビームダンプの交換期間を延長することができ、メ
ンテナンスの期間を長期化することができる。
In this embodiment, when copper is used as the material of the cooling pipe 20, the inner surface of the cooling pipe 20 is coated with an anticorrosive thin film 21 such as titanium (Ti). By forming the thin film 21, erosion of the inner wall surface of the cooling pipe 20 can be prevented while the cooling water flows. The life of the beam dump is determined by the erosion in the cooling pipe described above, in addition to the repeated thermal stress. Therefore, by coating the cooling pipe 20 with the thin film 21 of titanium (Ti), the replacement period of the beam dump can be extended, and the maintenance period can be lengthened.

【0046】[0046]

【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、偏向磁石の磁極間にビームダンプを配置する
とともに、イオンビームが完全反射する前にビームダン
プに入射させたことにより、イオンビームを収束させる
ことなく、ビームダンプへの熱負荷を軽減しつつ除熱す
ることができる。また、完全な反射型とするよりも、偏
向磁石およびビームダンプを小型化することができ、真
空容器もコンパクト化できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention,
According to, the beam dump is arranged between the magnetic poles of the deflection magnet and the ion beam is made to enter the beam dump before it is completely reflected, so that the heat load on the beam dump is reduced without converging the ion beam. While removing heat. In addition, the size of the deflection magnet and the beam dump can be reduced, and the size of the vacuum container can be reduced, as compared with the case of the complete reflection type.

【0047】請求項2によれば、請求項1記載のビーム
ダンプが複数に分割構成され、ビーム軸とほぼ平行に偏
向磁石の磁極間に設置された水平ビームダンプと、ビー
ム軸と垂直に設置された垂直ビームダンプとを備えたこ
とにより、ビームダンプの1本当たりの長さを短くする
ことができる。これにより、冷却水の圧損を軽減でき、
ビーム入射による熱変形も抑えることができる。また、
ビームダンプを分割構造とすることで、ユニット化する
ことができ、組立時の1ユニットの重量を軽減できる。
これにより、組立、分解時の作業効率を高めることがで
きる。
According to the second aspect, the beam dump according to the first aspect is divided into a plurality of parts, and the horizontal beam dump is installed between the magnetic poles of the deflecting magnet substantially in parallel with the beam axis, and is installed perpendicular to the beam axis. With the provided vertical beam dump, the length per beam dump can be reduced. This can reduce the pressure loss of the cooling water,
Thermal deformation due to beam incidence can also be suppressed. Also,
By forming the beam dump into a divided structure, the beam dump can be unitized, and the weight of one unit at the time of assembly can be reduced.
As a result, work efficiency during assembly and disassembly can be increased.

【0048】請求項3によれば、請求項1または2記載
のビームダンプはイオンビームによる高熱負荷部分にス
ワール管を、低熱負荷部分に直管をそれぞれ設けた冷却
管構造としたことにより、入射する熱負荷に合致した冷
却構成が可能となり、ロスが削減され冷却構造の最適化
を図ることができる。
According to the third aspect, the beam dump according to the first or second aspect has a cooling pipe structure in which a swirl pipe is provided in a high heat load part by an ion beam and a straight pipe is provided in a low heat load part. Thus, a cooling configuration that matches the heat load to be performed can be achieved, loss can be reduced, and the cooling structure can be optimized.

【0049】請求項4によれば、請求項3記載の低熱負
荷部分に設けた冷却管を2重管構造としたことにより、
この冷却管の冷却管ヘッダーが片側にだけ必要となり、
冷却用配管を簡素化することができる。また、熱伸びに
対する拘束が片側のみとなるため、熱変形による応力が
軽減される。
According to the fourth aspect, the cooling pipe provided in the low heat load portion according to the third aspect has a double pipe structure,
The cooling pipe header of this cooling pipe is needed only on one side,
Cooling piping can be simplified. In addition, since only one side restricts thermal expansion, stress due to thermal deformation is reduced.

【0050】請求項5によれば、請求項3記載の高熱負
荷を受けるビームダンプに流す冷却水と、低熱負荷を受
けるビームダンプの冷却水をシリーズで流す構造とした
ことにより、冷却能力を確保しつつ、必要な冷却水流量
を減少でき、冷却構造のコンパクト化を図ることができ
る。
According to the fifth aspect of the present invention, the cooling water flowing to the beam dump receiving the high heat load and the cooling water of the beam dump receiving the low thermal load are flowed in series to secure the cooling capacity. In addition, the required cooling water flow rate can be reduced, and the cooling structure can be made compact.

【0051】請求項6によれば、請求項1記載のビーム
ダンプの冷却管内面に防食コーティングを施したことに
より、ビームダンプの冷却水流による管壁の侵食を防止
することができ、ビームダンプの使用期間が延び、メン
テナンスの期間を長期化することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the inner surface of the cooling pipe of the beam dump according to the first aspect is provided with an anticorrosion coating, the erosion of the pipe wall by the cooling water flow of the beam dump can be prevented. The use period is extended, and the maintenance period can be lengthened.

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

【図1】本発明に係る中性粒子入射装置の第1実施形態
を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a neutral particle injector according to the present invention.

【図2】(A),(B)は本発明に係る中性粒子入射装
置の第2実施形態におけるビームダンプの冷却管を示す
斜視図。
FIGS. 2A and 2B are perspective views showing a cooling pipe of a beam dump in a second embodiment of the neutral particle injector according to the present invention.

【図3】(A),(B)は本発明に係る中性粒子入射装
置の第3実施形態におけるビームダンプを示す斜視図,
その冷却管を示す断面図。
FIGS. 3A and 3B are perspective views showing a beam dump in a third embodiment of the neutral particle injector according to the present invention;
Sectional drawing which shows the cooling pipe.

【図4】本発明に係る中性粒子入射装置の第4実施形態
におけるビームダンプの冷却管を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a cooling tube of a beam dump in a fourth embodiment of the neutral particle injector according to the present invention.

【図5】従来の中性粒子入射装置の構成を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a conventional neutral particle injector.

【図6】従来の中性粒子入射装置において透過型のビー
ムダンプ構成を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a transmission type beam dump configuration in a conventional neutral particle injector.

【図7】従来の中性粒子入射装置において反射型のビー
ムダンプ構成を示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a reflection type beam dump configuration in a conventional neutral particle injector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 2 イオンビーム 3 真空容器 4 中性化セル 5 真空容器 6 ドリフト管 7 核融合装置本体 8 プラズマ 9 クライオポンプ 11 偏向磁石 13a,13b 水平ビームダンプ 14a,14b 垂直ビームダンプ 15 ねじりテープ 16 スワール管 17 直管 18 2重管ビームダンプ 19 ヘッダー 20 冷却管 21 薄膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source 2 Ion beam 3 Vacuum container 4 Neutralization cell 5 Vacuum container 6 Drift tube 7 Fusion device main body 8 Plasma 9 Cryopump 11 Deflection magnet 13a, 13b Horizontal beam dump 14a, 14b Vertical beam dump 15 Twist tape 16 Swirl Pipe 17 Straight pipe 18 Double pipe beam dump 19 Header 20 Cooling pipe 21 Thin film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオンビームを生成するイオン源と、こ
のイオン源から出射されたイオンビームを中性粒子に変
換する中性化セルと、この中性化セル通過後に残留した
イオンビームの軌道を偏向させる偏向磁石と、この偏向
磁石の磁場により偏向した残留イオンを熱として除去す
るビームダンプとを有する中性粒子入射装置において、
前記偏向磁石の磁極間に前記ビームダンプを配置すると
ともに、前記イオンビームが完全反射する前に前記ビー
ムダンプに入射させたことを特徴とする中性粒子入射装
置。
1. An ion source for generating an ion beam, a neutralization cell for converting an ion beam emitted from the ion source into neutral particles, and a trajectory of an ion beam remaining after passing through the neutralization cell. In a neutral particle injector having a deflecting magnet to deflect and a beam dump for removing residual ions deflected by the magnetic field of the deflecting magnet as heat,
A neutral particle injector, wherein the beam dump is arranged between magnetic poles of the deflection magnet, and is incident on the beam dump before the ion beam is completely reflected.
【請求項2】 ビームダンプは、複数に分割構成され、
ビーム軸とほぼ平行に偏向磁石の磁極間に設置された水
平ビームダンプと、ビーム軸と垂直に設置された垂直ビ
ームダンプとを備えたことを特徴とする請求項1記載の
中性粒子入射装置。
2. The beam dump is divided into a plurality of parts.
2. The neutral particle injector according to claim 1, further comprising a horizontal beam dump installed between the magnetic poles of the deflection magnet substantially parallel to the beam axis, and a vertical beam dump installed perpendicular to the beam axis. .
【請求項3】 ビームダンプは、イオンビームによる高
熱負荷部分にスワール管を、低熱負荷部分に直管をそれ
ぞれ設けた冷却管構造としたことを特徴とする請求項1
または2記載の中性粒子入射装置。
3. The beam dump has a cooling pipe structure in which a swirl pipe is provided in a high heat load part by an ion beam, and a straight pipe is provided in a low heat load part.
Or the neutral particle injector according to 2 above.
【請求項4】 低熱負荷部分に設けた冷却管を2重管構
造としたことを特徴とする請求項3記載の中性粒子入射
装置。
4. The neutral particle injector according to claim 3, wherein the cooling pipe provided in the low heat load portion has a double pipe structure.
【請求項5】 高熱負荷を受けるビームダンプに流す冷
却水と、低熱負荷を受けるビームダンプの冷却水をシリ
ーズで流す構造としたことを特徴とする請求項3記載の
中性粒子入射装置。
5. The neutral particle injector according to claim 3, wherein cooling water flowing to the beam dump receiving a high heat load and cooling water of the beam dump receiving a low heat load flow in series.
【請求項6】 ビームダンプは、その冷却管内面に防食
コーティングを施したことを特徴とする請求項1記載の
中性粒子入射装置。
6. The neutral particle injector according to claim 1, wherein the beam dump is provided with an anticorrosion coating on an inner surface of the cooling pipe.
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