JPS58157096A - プラズマ装置 - Google Patents

プラズマ装置

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JPS58157096A
JPS58157096A JP57038154A JP3815482A JPS58157096A JP S58157096 A JPS58157096 A JP S58157096A JP 57038154 A JP57038154 A JP 57038154A JP 3815482 A JP3815482 A JP 3815482A JP S58157096 A JPS58157096 A JP S58157096A
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JP
Japan
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anode
plasma
magnetic field
potential
intermediate electrode
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Pending
Application number
JP57038154A
Other languages
English (en)
Inventor
影山 賀都鴻
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は開放系磁場による長時間のプラズマの閉じ込め
を可能とするプラズマ装置に関する0〔従来技術とその
問題点〕 開放系磁場でプラズマを閉じ込める場合、プラズマの閉
じ込め時間を長くすることが被融合炉で会費なことはよ
く知られているが、核融合炉以外の用途に使用されるプ
ラズマ装置に於ても、閉−じ込め時間を長くすればプラ
ズマ発生装置の消豐電力が少くて済み、プラズマの書間
を高くする仁とかで一1更にプラズマを包囲する固体壁
への熱入力が軽減されるなど、大きな効果が得られる。
開放系磁場によるプラズマ閉じ込めで閉じ込め時間を長
くするためKは、開放端におけるプラギングが必豐とさ
れる。このことは、たとえば、CoGormegano
:Reduction  of  Losses   
in  0pen−Endsd  Mag−net i
c  Traps  ; Nuclear  Fust
on  、19  (’  79)、8.1085  
などの文献に記載されている。
プラギングには高周波によるものと静電場によるものが
あり、静電場によるものには電極を用いる電極法と、タ
ンデムミラー形磁場による両極性電位閉じ込めがあり、
これらはいずれも研究途上にある。峡電極法には、カス
プ磁場のポイント及びラインカスプに陽極及び陰極から
なる静電プラグを用いた電磁トラップがある。g1図は
電磁トラップの原珊図で、文献T、J、Dolin、B
、L、8tansfieldand  J、M、Lar
sen:Plasma  Potential  in
  electrostaticallyplugge
d cusps and mi rrors : Th
e Phycics of Flulds。
18(’75)、10.1383 K掲載さレタもノテ
アル。
(1)は2個1組のコイルで2軸のまわりに軸対称に捲
かれ、カスブ磁場を形成する。(2)はポイントカスプ
に配役された中空円筒状の陽極、(3)はポイントカス
プに配設された中空円筒状の陰極、(4)はラインカス
プに配設された2個1組の環状の陽極、(5)はライン
カスプに配設された2@1@の環状の陰極である。2個
1組のコイル(1)に挾まれた空間及び峡コイル(1)
の内部の空間忙は一つの図示されない真9!容器が配設
され、核真空容器にはプラズマとなるべき気体が充填さ
れ、陰極(3)の少なくとも一方の陽極(2)の反対の
側には図示されない電子銃が配設され、峡電子銃から射
出された電子は峡跳l1(31及び咳陽極(2)を貫通
して図示されない真空容器内部を運動し、充填された気
体をイオン化してプラズマが形成される。へ纏(6)は
、プラズマの存在する空間の境界を示す。陰極(3)及
び(5)の電位を零、陽fi (2)及び(4)の電位
をφムとしたとき、2軸近傍の空間電位φは第2図に示
す様に分布する。
プラズマの存在する空間の電位は一〇で、0くφ。〈φ
である。プラズマの存在する空間の両側には、皺陽41
i (2)の内部に電位の山が形成され、電位の最も^
い所で電位はφ8+φiとなる、イオンの電位を21%
4子の電価を−Cとおいたとき、運動エネルギがZeφ
鳳より小さいイオン及び運動エネルギがC−〇より小さ
い電子はプラズマの存在する空間から磁場方向に脱出で
きず、イオンは矢印(7)に示す様に電子は矢印(8)
に示す様に反射されてプラズマに戻される。すなわち、
プラズマのイオン温度をTi1電子温度をT6とすると
傘、 mi >> kTi/Ze 、φ、 >> kT、/e
  、   −(1)とすることKより、プラズマの開
放端に&けるプラギングかで趣、閉じ込め時間を格段に
改善できることが、従来の電磁トラップの効果であった
この電磁トラップにも、次の様な問題点があった。第2
図に示す如く、皺陽極(2)の内部に於て。
空間電位は最大φi+φ。となるが、 Δφ=φA−(φi+φe)       ・・団・1
2)で与えられる陽極電位と該空間電位の差Δφは零に
ならず、Δφ〉0である。Δφが形成される原因は該陽
極の内部処電子が捕獲されて電子群を形成し、咳電子群
が作る空間電荷により電場が形成されることである。Δ
φはZ軸からの距離rの関数でありΔφ=Δφ(「) とあられすことができる。電子群の作る電場の向きを考
慮して。
であることがわかる。Z軸上で電場のr成分は0である
から、Δφは「=oで最大値ΔφmmX%Δφmax 
”Δφ(0) をとる。従って該陽極内で、Z軸上の電位は(2)より
φi+φ6=φムーΔφmax となる。φゑとφ。はプラズマの粒子数平衡等で定まる
が、概ね同様種度の大きさで、φ五〜φ。であるから、
2軸上で。
φi〜φ。mi(φムーΔ輸ax> となる。電磁トラップに於ては、Δ輸、xが非常に大角
〈なり、はとんど4人に等しくなる結果、2軸Eすなわ
ち【=0で、 −i〜−e〜o 、 r=o        ・・・・
・・(3)となり、(1)が成立しないことが知られて
いる。しかし、#陽極内の大部分では(1)が成立し、
(3)はrの非常に小さい部分だけで成立するから電磁
トラップでは静電プラグのプラズマ閉じ込め時間を増加
させる効果は大きいが、r −Qで(3)が成立する結
果静電プラグにロスアパーチャが形成され、これを通し
てプラズマが漏れるために、プラズマ閉じ込め時間の増
加の効果が制限されていた。
〔発明の目的〕
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、ロスアパーチャのない静電プラグを設
けることによ抄、プラズマ閉じ込め時間を大幅に増加さ
せることので無る開放系プラズマ装置を提供するにある
0 〔発明の概豐〕 本発明は靜・喝プラグを具備する開放系プラズマ装置に
於て、該静電プラグの少くともひとつは、プラズマを包
囲するリミタと、#リミタの中空部を貫通した磁力線が
全て貫通する中空部を有する陽極と、陽極の開口を覆う
形状を有する第二板状部と陽極の中空部に配設された第
−板状部を具備する陰極と、磁力線のうち第−板状部を
通った磁力線だけが接する中間電極と、各電極等に、陽
極、中間電極、+7 jり、陰極のINK高い電位を与
える手段を具備させてなるものである0 〔発明の効果〕 本発明によれば陽極と中間電極とリミタと、該リミタに
包囲され九プラズマにより、陰極とプラズマの間の空間
にイオンに対するロスアパーチャのない電位障壁を形成
し、陰極は電子に対するロスアパーチャのない電位障壁
を形成し、もってプラズマに対するロスアパーチャのな
い静電プラグを構成1−、プラズマ閉じ込め時間を大幅
に増加させることができる等の優れた効果を奏する0(
発明の実施例〕 43図は本発明の一実施例を示すプラズマ装置の構成!
−1第4図はその主要部の構成と作用を示すもので、偵
)は静電プラグ構成図、(b)は空間電位φの2依存を
示す線図である。2個1組のコイル(1)は2軸のまわ
やに軸対称に捲かれ1図示されない励磁電源とともに、
プラズマを収容する開放系磁場の線種のカスプ磁場を発
生する装置を構成する。(4)はカスプ磁場の開放端の
ひとつであるラインカスプに配役された2個1組の環状
の陽極、(5)はラインカスプに配設された2個1組の
環状の陰極で、ラインカスプに於て磁場の方向と平行な
零でない成分を有する電場を形成する静電プラグを構成
し、3個1組のコイル(1)に挾まれた空間及び核コイ
ル+1)の内部の空間には、一つの図示されない真空容
器が配設され、咳真空容器にはプラズマ境界面(6)を
定める磁場方向に貫通した中空部を有するり2タロeが
収容されている。プラズマの存在する空間電位φ、は、
プラズマを包囲するリミタ(IGの電位φjで制御され
る。すなわち、核リミタ11(Iとプラズマの間に存在
するシースを介するプラズマ電子及びイオンの伝導によ
り、プラズマと該リミタa・の電位差すなわちシース電
圧φ、が定まるから。
φ2=φl+φ、           ・・・・・・
(4)によ卦、φ、が定まる。
(9)は磁場方向に貫通した中空部11Iを有する陽極
で、リミタQlの中空部を貫通し九磁力線は全て該陽極
の中空部(1’Jを貫通する。αVは管状の中間llE
極で、咳陽極の中空部U!と同軸に、かつそのりjりa
Iと反対側の一部に配設される。(12a )は棒状部
で該中間電極αυを貫通して陽極の中空部19の一部に
延在し、導体支柱(至)で支持され、骸棒状部(12m
 )の陽極の中空部(11内の先端には、中間電極αυ
に接する磁力線が全て貫通する形状を有する第−板状部
(12b)が固着され、咳棒状部(12a )の他端に
は陽極(9)の開口を覆う形状を有する第二板状部(1
2C)が固着され、該棒状部(12a)と二つの板状部
(12b ) (12c)は一体となって陰極りを形成
する0リミタα〔は接地されその電位はφg=0である
o (1:1α尋α9は電源で陽4(9)Kd位φ8を
、中間電極αυに電位φ、を、陰極嗜に電位φkを与え
る。各電極等の電位の間には、φ、〈φj=0〈φ、〈
φ8      ・・・・・・(5)の関係炉成立する
。リミタ四、陽極(9)、中間電極aυ、繍極り及び電
1!II峙α4G51は静電プラグ[株]を構成し1本
実施例ではカスプ磁場の開放端である二つのポイントカ
スプにそれぞれ静電プラグ嗜が配設され、鋏静電プラグ
四は以下に詳述する様に、磁場の方向と平行な零でない
成分を有する電場を形成する。リミタu値の内部にはシ
ースQカを介してプラズマa樽が接触している。プラズ
マの存在する空間の電位φ、は(4)から、φ、ニーφ
5である。各電位φk。
φ、、φ1の絶対値は静電プラグが有効に作用するよ、
−うに大−〈とられているから、1φp1(1φl(+
、φ5゜−8である。すなわち、(5)を参照して。
φにくφpくφ、〈φ、        、、−10,
+6)が成立する◇ かくして構成された第4図(a)に実施例を示した静電
プラグ轡の作用と効果を第4図(b)を参照して再び説
明すると、陽極の中空部(19には、電磁トラップのポ
イントカスプにおける静電プラグの陽極内部と同様、電
子が捕獲されて電子群を形成し、該電子群が作る空間電
荷により電場が形成される。
本発明におけるプラズマ装置の静電プラグが電磁トラッ
プのポイントカスプにおける静電プラグと異なるところ
は、本発明による静電プラグにおいては、陽極の中空部
(1’Jに形成される電子群の密度は中間電極0υの電
位φ3と陽極(9)の電位−8によって制御され、その
結果、陽極の中空部α■のリミタO1側の開口近傍にお
ける空間電位φ(r、x)が制御されることで、電磁ト
ラップのポイントカスプにおける静電プラグの様に、(
3)式に示される様なr〜0における電位障壁の低下と
それKよるロスアパーチャの形成は、本発明における静
電プラグにおいては容易に回避できる。該陽極の中空部
(11における電子群の密度は中間電極αυの周辺−1
陰極の第−板状部(12b)の外周部の陽極(9)に近
い部分、及び陰極嗜が延在しないIJ j夕0IKrf
Jする開口部の近傍のそれぞれで互にほぼ等しく、リミ
タ0Qに包囲されたプラズマIIIK面する陽極の中空
部0の部分で、電子群の存在する空間の電位は全ての点
でプラズマ電位φ、より高くなる。一方陰極りの表面近
傍では、陰極に与えられた負の高電位のために電子群は
存在できず、空間電位はプラズマ電位より低くなる。#
X4図(a)の対称軸C−Cと、それに平行でプラズマ
aυに接する直@W−Wに爾った電位φの分布が、第4
図(呻KC及びWとして示されている。同図に示される
ように、この静電プラグにはロスアパーチャは存在しな
いから、プラズマの長い時間の閉じ込めが可能となる。
〔発明の他の実施例〕
本発明は開放系プラズマ装置に関するものであ 、る。
実施例ではカスプ磁場を用いたプラズマ装置について説
明したが、磁場はカスプに限定せず。
開放系なら本発明を適用できることは言うまでもなく1
例えば一様磁場、ミラー磁場に適用してよい。またプラ
ズマ装置の用途は限定しない、例えば核融合炉1表面加
工・処理、溶接、イオン源等のプラズマ装置く適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は電磁トラップの原1図、@2図は電磁トラップ
の2軸近傍の空間電位の分布を示す線図、第3図は本発
明の一実施例を示すプラズマall構成図、第4図は第
3図に示す実施例の主要部の構成と作用を示すもので、
(a)は静電プラグ構成図、(b)は空間電位の2依存
を示す線図である。 (1)・・・コイル、+2) 、 (4) 、 +9)
・・・陽極、+3) 、 +51 、 l・・・陰極、
Ql・・・リミタ、aυ・・・中間電極、(12a)・
・・棒状部、(12b ) 、 (12c )−f 状
部、(11、04+ 、α9・・・電源、aS・・・静
電プラグ、嗜・・・プラズマ、aS・・・陽極(9)の
中空部。 第  2  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 プラズマを収容する開放系磁場を発生する装置と、プラ
    ズマの存在する空間の電位を制御する手段と、#開放系
    磁場の開放端に配設され該磁場の方向と平行な零でない
    成分を有する電場を形成する静電プラグとを具備するプ
    ラズマ装置に於て。 前記静電プラグの少くともひとつは、前記開放系磁場の
    磁場方向に貫通した中空部を有し、プラズマを包囲する
    リミタと、該リミタの中空部を貫通した磁力線が全て貫
    通する中空部を有する陽極と鋏陽極の中空部と同軸的に
    かつそのIJ j夕と反対側の一部に配設された管状の
    中間電極と、鎖中間電極を貫通し陽極の中空部の一部に
    延在する棒状部と、該棒状部の陽極の中空部内の先端に
    固着され、中間電極呵接する磁力線が全て貫通する形状
    部を有する第−板状部と、棒状部の他端に固着され陽極
    の開口を覆う形状を有する第二板状部とで一体に形成さ
    れた陰極と、各電極等に、陽極、中間電極、リミタ、陰
    極の順に高い電位を与える手段とを具備することを特徴
    とするr÷tマ1tt
JP57038154A 1982-03-12 1982-03-12 プラズマ装置 Pending JPS58157096A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020509539A (ja) * 2017-02-23 2020-03-26 ユニヴァーシティ オブ ワシントン プラズマ閉じ込めシステムおよび使用方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020509539A (ja) * 2017-02-23 2020-03-26 ユニヴァーシティ オブ ワシントン プラズマ閉じ込めシステムおよび使用方法

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