JPS6050040B2 - 中性粒子入射装置 - Google Patents
中性粒子入射装置Info
- Publication number
- JPS6050040B2 JPS6050040B2 JP55180404A JP18040480A JPS6050040B2 JP S6050040 B2 JPS6050040 B2 JP S6050040B2 JP 55180404 A JP55180404 A JP 55180404A JP 18040480 A JP18040480 A JP 18040480A JP S6050040 B2 JPS6050040 B2 JP S6050040B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- recovery
- potential
- injection device
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
- H05H1/22—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma for injection heating
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/14—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using charge exchange devices, e.g. for neutralising or changing the sign of the electrical charges of beams
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- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は荷電粒子エネルギーを回収できる中性粒子入
射装置に関する。
射装置に関する。
たとえば、核融合炉内のプラズマを加熱するために用い
られる中性粒子入射装置は、第１図に示すように、放電
室１からひきだされた重水素イオンが、加速電極２の間
を通過する間に加速されて、高エネルギーのイオンとな
る。
られる中性粒子入射装置は、第１図に示すように、放電
室１からひきだされた重水素イオンが、加速電極２の間
を通過する間に加速されて、高エネルギーのイオンとな
る。
その後、比較的圧力の高い中性の重水素気体で充たされ
た中性化セル３を通過する際に、中性分子との間に荷電
交換などをおこして、高速の中性粒子を得る。この中性
粒子は図示しない炉内のプラズマに入射され、加熱され
る。しかし、この中性化の効率は、第２図に示すように
イオンのエネルギーがあがるにしたがい低下してくる。
中性化されなかつたイオンは、各所の容器壁などに衝突
し、そのエネルギーは空費されてしまう。そのため第１
図に示すように、エネルギー回収装置４を設置して、残
留イオンのエネルギーを回収し再利用している。従来の
代表的な例として特にエネルギー回収装置について、第
３図に示して説明する。第３図ｊは、この装置は回収電
極５の前後に同電極への電子の流入を抑止するための電
子抑制電極６、７が設置される。そして中性化セルを接
地しているので、イオン源は正の高電位ＶＡにおかれ、
ＶＡに相当するエネルギーをイオンにあたえるように構
成されている。残留イオン１０は、このエネルギーをも
つて、中性化セルをでてくる。エネルギーの損失を少な
くするには、回収電極５の電位ＶＴｅＣをできるだけＶ
Ａにちかづけて、その差δＶを小さくしなければならな
い。Ｊ このような従来の装置では、次のような不都合
があつた。
た中性化セル３を通過する際に、中性分子との間に荷電
交換などをおこして、高速の中性粒子を得る。この中性
粒子は図示しない炉内のプラズマに入射され、加熱され
る。しかし、この中性化の効率は、第２図に示すように
イオンのエネルギーがあがるにしたがい低下してくる。
中性化されなかつたイオンは、各所の容器壁などに衝突
し、そのエネルギーは空費されてしまう。そのため第１
図に示すように、エネルギー回収装置４を設置して、残
留イオンのエネルギーを回収し再利用している。従来の
代表的な例として特にエネルギー回収装置について、第
３図に示して説明する。第３図ｊは、この装置は回収電
極５の前後に同電極への電子の流入を抑止するための電
子抑制電極６、７が設置される。そして中性化セルを接
地しているので、イオン源は正の高電位ＶＡにおかれ、
ＶＡに相当するエネルギーをイオンにあたえるように構
成されている。残留イオン１０は、このエネルギーをも
つて、中性化セルをでてくる。エネルギーの損失を少な
くするには、回収電極５の電位ＶＴｅＣをできるだけＶ
Ａにちかづけて、その差δＶを小さくしなければならな
い。Ｊ このような従来の装置では、次のような不都合
があつた。
すなわちイオンビームのひろがりは、ビームのもつ空間
電荷の効果にたよつているのでイオンの捕集効率をあげ
、さらに電極板での熱負荷をへらそうとすると、電極を
できるだけ遠くにｉおいて、ビームが充分にひろがつて
からうける必要がある。ところが一方、ビームの電流密
度と電極の設置位置、回収電位の間には、一定の関係が
あり、ビーム電流はこの関係をみたすだけの値しか流れ
ることはできない（空間電荷制限電流）。一般に、電流
密度をあげるには、回収電極を中性化セルにちかづける
ほどよく、回収電位を低くするほど電流密度を大きくで
きる。そのため、イオンビームの電流密度を設定し、回
収電位を決めると、電極をおくことのてきるもつともと
おい距離が制限される。それでビームのひろがりが充分
でないところに回収電極を設置している。このような制
限がもたらす不利益には、まず各電極の中央には、中性
粒子を通過させるための開口部が設けられているが、そ
の開口部から洩漏するイオンがかなり存在する。また、
回収電極上での熱負荷も望みの値にまで下げることは難
しかつた。これらは、回収効率を下げるだけでなく、エ
ネルギー回収装置の設計を難しくするものであつた。本
発明は上述した欠点を改良したもので、エネルギー回収
装置に偏向電極と低電位電極とを設けることにより、電
極の熱負荷を抑え回収効率の向上を図ろうとする中性粒
子入射装置を提供することを目的とする。
電荷の効果にたよつているのでイオンの捕集効率をあげ
、さらに電極板での熱負荷をへらそうとすると、電極を
できるだけ遠くにｉおいて、ビームが充分にひろがつて
からうける必要がある。ところが一方、ビームの電流密
度と電極の設置位置、回収電位の間には、一定の関係が
あり、ビーム電流はこの関係をみたすだけの値しか流れ
ることはできない（空間電荷制限電流）。一般に、電流
密度をあげるには、回収電極を中性化セルにちかづける
ほどよく、回収電位を低くするほど電流密度を大きくで
きる。そのため、イオンビームの電流密度を設定し、回
収電位を決めると、電極をおくことのてきるもつともと
おい距離が制限される。それでビームのひろがりが充分
でないところに回収電極を設置している。このような制
限がもたらす不利益には、まず各電極の中央には、中性
粒子を通過させるための開口部が設けられているが、そ
の開口部から洩漏するイオンがかなり存在する。また、
回収電極上での熱負荷も望みの値にまで下げることは難
しかつた。これらは、回収効率を下げるだけでなく、エ
ネルギー回収装置の設計を難しくするものであつた。本
発明は上述した欠点を改良したもので、エネルギー回収
装置に偏向電極と低電位電極とを設けることにより、電
極の熱負荷を抑え回収効率の向上を図ろうとする中性粒
子入射装置を提供することを目的とする。
以下本発明の実施例について詳細に説明する。
第４図は本発明装置の要部を示す図て、従来例と同一構
成部分については同一符合を付けて説明する。本発明の
中性粒子入射装置は特にその荷電粒子エネルギー回収装
置に回収電極５と、中性化セル３との間に上流側の電子
抑制電極６、高電位の偏向電極１１と低電位電極１２を
設置し、高電位偏向電極１１には、回収電極５の電位以
上の電位を与えてある。
成部分については同一符合を付けて説明する。本発明の
中性粒子入射装置は特にその荷電粒子エネルギー回収装
置に回収電極５と、中性化セル３との間に上流側の電子
抑制電極６、高電位の偏向電極１１と低電位電極１２を
設置し、高電位偏向電極１１には、回収電極５の電位以
上の電位を与えてある。
このような配置にすることにより、次のような利点が生
まれる。即ち、前述の構成における各種の不都合は、ビ
ームのひろがりをビーム自身の空間電荷の作用に頼つて
いるために、回収系の構成にいくつかの制限が生じたも
のである。本発明装置は、荷電粒子ビームのひろがり．
を、第４図に示すように高電位電極１１の設置によるビ
ームと電極との間の斥力を利用して、積極的にひろげよ
うとするもので、ビームは中心軸上で交差することにな
る。低電位電極１２は、前述の空間電荷制限電流による
制約を除くために設け・られる。つまり本発明は高電位
電極１１に静電レンズ的な役割を負わせるものである。
ビームのひろがりの程度は、高電位電極１１の電位と設
置位置により任意に調節が可能である。このようにする
ことにより、回収電極５の設置位置や電位に対する制約
が大幅に緩和され、ビームが充分にひろがつてから回収
電極５を設置することができる。そのため、回収電極５
の近傍での電流密度がさがり、回収電位を増加させるこ
とが可能になるほ］か、中央開口部からの洩漏イオンの
減少により、回収効率を大きく増大させることができる
。第５図に本発明の変形例を示す。即ち、第４図の実施
例では、電極はすべてビームの中心軸に対して、対称に
おかれている。このような配置は、装置のくみたて調整
を容易にするが、中心軸近傍のイオンは電極の電位や設
置位置にかかわらず、偏向の程度が小さく、回収されず
にとおりぬける部分がある。第５図に示した装置では、
偏向用の高電位電極１１の中心軸とビームの中心軸を意
識的にずらすように各電極を配置して直進するイオンビ
ームの割合を減少させたものである。なお、中性化セル
を接地した場合について説明したが、これにかかわらず
、また、電極形状についても、平板に限らず円筒状であ
つてもよく、上述した実施例に限定されるものではない
。
まれる。即ち、前述の構成における各種の不都合は、ビ
ームのひろがりをビーム自身の空間電荷の作用に頼つて
いるために、回収系の構成にいくつかの制限が生じたも
のである。本発明装置は、荷電粒子ビームのひろがり．
を、第４図に示すように高電位電極１１の設置によるビ
ームと電極との間の斥力を利用して、積極的にひろげよ
うとするもので、ビームは中心軸上で交差することにな
る。低電位電極１２は、前述の空間電荷制限電流による
制約を除くために設け・られる。つまり本発明は高電位
電極１１に静電レンズ的な役割を負わせるものである。
ビームのひろがりの程度は、高電位電極１１の電位と設
置位置により任意に調節が可能である。このようにする
ことにより、回収電極５の設置位置や電位に対する制約
が大幅に緩和され、ビームが充分にひろがつてから回収
電極５を設置することができる。そのため、回収電極５
の近傍での電流密度がさがり、回収電位を増加させるこ
とが可能になるほ］か、中央開口部からの洩漏イオンの
減少により、回収効率を大きく増大させることができる
。第５図に本発明の変形例を示す。即ち、第４図の実施
例では、電極はすべてビームの中心軸に対して、対称に
おかれている。このような配置は、装置のくみたて調整
を容易にするが、中心軸近傍のイオンは電極の電位や設
置位置にかかわらず、偏向の程度が小さく、回収されず
にとおりぬける部分がある。第５図に示した装置では、
偏向用の高電位電極１１の中心軸とビームの中心軸を意
識的にずらすように各電極を配置して直進するイオンビ
ームの割合を減少させたものである。なお、中性化セル
を接地した場合について説明したが、これにかかわらず
、また、電極形状についても、平板に限らず円筒状であ
つてもよく、上述した実施例に限定されるものではない
。
第１図は、中性粒子入射装置の構成図、第２図は入射イ
オン・エネルギーと中性化効率の関係図、第３図Ａ，ｂ
は従来の中性粒子入射装置のエネルギー回収装置の構成
図とその各電極の電位分布図、第４図Ａ，ｂは本発明の
実施例を示し、ビーム発散用電極をエネルギー回収装置
の構成図とその各電極の電位分布を示す図、第５図は本
発明の変形例を示す図である。 １・・・・・・放電室、２・・・・・・加速電極、３・
・・・・中性化セル、４・・・・・・エネルギー回収装
置、５・・・・・・回収電極、６，７・・・・・・電子
抑制電極、８・・・・・・ＤＯ，Ｄ＋混合ビーム、９・
・・・・・ＤＯのビーム、１０・・・・・・Ｄ＋ビーム
、１１・・・・・・偏向用高電位電極、１２・・・・・
・低電位電極。
オン・エネルギーと中性化効率の関係図、第３図Ａ，ｂ
は従来の中性粒子入射装置のエネルギー回収装置の構成
図とその各電極の電位分布図、第４図Ａ，ｂは本発明の
実施例を示し、ビーム発散用電極をエネルギー回収装置
の構成図とその各電極の電位分布を示す図、第５図は本
発明の変形例を示す図である。 １・・・・・・放電室、２・・・・・・加速電極、３・
・・・・中性化セル、４・・・・・・エネルギー回収装
置、５・・・・・・回収電極、６，７・・・・・・電子
抑制電極、８・・・・・・ＤＯ，Ｄ＋混合ビーム、９・
・・・・・ＤＯのビーム、１０・・・・・・Ｄ＋ビーム
、１１・・・・・・偏向用高電位電極、１２・・・・・
・低電位電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 荷電粒子を中性化する中性化セルと、この中性化セ
ルを通過した粒子のうち中性化されない荷電粒子のエネ
ルギーを回収するエネルギー回収装置とを具備してなる
ものにおいて、前記エネルギー回収装置を回収電極と偏
向電極とで構成し、前記偏向電極を前記中性化セルと前
記回収電極との間に配置して粒子のビームを交差発散さ
せるよう前記回収電極より高い電位を前記偏向電極に印
加してなることを特徴とする中性粒子入射装置。 ２ エネルギー回収装置を回収電極と偏向電極と低電位
電極とで構成し、前記低電位電極を前記回収電極と前記
偏向電極との間に配置して前記回収電極より低い電位を
前記低電位電極に印加してなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の中性粒子入射装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55180404A JPS6050040B2 (ja) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | 中性粒子入射装置 |
| US06/329,069 US4480185A (en) | 1980-12-22 | 1981-12-09 | Neutral beam injector |
| DE8181110662T DE3169481D1 (en) | 1980-12-22 | 1981-12-21 | Neutral beam injector |
| EP81110662A EP0055452B1 (en) | 1980-12-22 | 1981-12-21 | Neutral beam injector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55180404A JPS6050040B2 (ja) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | 中性粒子入射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57106000A JPS57106000A (en) | 1982-07-01 |
| JPS6050040B2 true JPS6050040B2 (ja) | 1985-11-06 |
Family
ID=16082645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55180404A Expired JPS6050040B2 (ja) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | 中性粒子入射装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4480185A (ja) |
| EP (1) | EP0055452B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6050040B2 (ja) |
| DE (1) | DE3169481D1 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5960899A (ja) * | 1982-09-29 | 1984-04-06 | 株式会社東芝 | イオン・エネルギ−回収装置 |
| US4588955A (en) * | 1983-06-01 | 1986-05-13 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Transverse field focused system |
| US4713542A (en) * | 1984-10-31 | 1987-12-15 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Ton beam neutralizer |
| US4762993A (en) * | 1987-01-09 | 1988-08-09 | Moses Kenneth G | Directional sensor for neutral particle beams |
| US4975572A (en) * | 1987-11-04 | 1990-12-04 | The Boeing Company | Apparatus for producing a monatomic beam of ground-state atoms |
| US5102516A (en) * | 1987-11-04 | 1992-04-07 | The Boeing Company | Method for producing a monatomic beam of ground-state atoms |
| US5138157A (en) * | 1987-12-23 | 1992-08-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Neutral particle beam propagation direction determining apparatus and method |
| US6441382B1 (en) | 1999-05-21 | 2002-08-27 | Axcelis Technologies, Inc. | Deceleration electrode configuration for ultra-low energy ion implanter |
| US6922455B2 (en) * | 2002-01-28 | 2005-07-26 | Starfire Industries Management, Inc. | Gas-target neutron generation and applications |
| US12013238B2 (en) * | 2020-08-26 | 2024-06-18 | Tae Technologies, Inc. | Systems, devices, and methods for beam misalignment detection |
-
1980
- 1980-12-22 JP JP55180404A patent/JPS6050040B2/ja not_active Expired
-
1981
- 1981-12-09 US US06/329,069 patent/US4480185A/en not_active Expired - Lifetime
- 1981-12-21 EP EP81110662A patent/EP0055452B1/en not_active Expired
- 1981-12-21 DE DE8181110662T patent/DE3169481D1/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3169481D1 (en) | 1985-04-25 |
| EP0055452B1 (en) | 1985-03-20 |
| EP0055452A2 (en) | 1982-07-07 |
| EP0055452A3 (en) | 1982-08-11 |
| US4480185A (en) | 1984-10-30 |
| JPS57106000A (en) | 1982-07-01 |
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