JPS6134831A - イオン源装置 - Google Patents

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】 （概要） 現在稼動中あるいは建設中の核融合実験装置のだめの中
性粒子入射加熱装置では水素圧イオン源が用いられてい
るが、将来の核融合装置では、入射水素ビームのエネル
ギーとしては数１００　ＫｅＶ以上が要求される。しか
しながら、水素の正イオンビームでは中性化効率が大幅
に低下するため正イオン源を用いることは事実上不可能
と考えられている。このため、将来の核融合装置用中性
粒子入射加熱装置では中性化効率の低下しない負イオン
ビームを用いることが有力視されており、そのための負
イオン源の開発が望まれている。

本発明は、将来の中性粒子入射加熱装置などに用いられ
る可能性のある高出力負イオン源に関するものであり、
電子ビーム引出しによる損失を減らし、高輝腿で不純物
の少ない負イオンビームを得るために考えられたもので
ある。さらに詳細に言えば、本発明は、負イオンビーム
とともに引出された、電子ビームを、負イオンビームの
ビーム光学を乱すことのない局所的な磁場によって偏向
させてエイ・ルギー回収電極に当て、電子ビームのエネ
ルギーを回収するとともに下流の加速部へ電子ビームが
流入することを防止する引出し部電極構造をもち、かつ
、下流の加速部においては、電子全偏向させるための磁
場により多少偏向された負イオンビームを加速電極孔の
径方向軸ずれにより補正し、さらに下流の加速部及び輸
送部においては、局所的な磁場と電極孔の径方向軸ずれ
によって生じる非軸対称な電場全周期的に配置すること
によって負イオンビーム中の不純物負イオンを除去する
電極構造をもったイオン＠装置に関するものである。

（従来技術） 一般に負イオン源は、第１図（ａ）に示す様に、負イオ
ン生成部ｌと負イオンビーム発生部２に分けられ、負イ
オンビーム発生部はさらに引出し部３、加速部４及び輸
送部５より成る。特に直接引出し型負イオン源では、負
イオン生成部に多くの場合プラズマ状の電子が存在する
ため、負イオンを引出そうとすれば同時に負イオンビー
ム電流の数倍から数１００倍もの電子を引出すことにな
り、この大量の電子をいかに処理し、かつ、輝度の優れ
た負イオンビームを発生するかは、現在の大きな問題と
なっている。このため、１つの方法として、第１図ｆａ
ｌに示すように、引出し面に横磁場６を印加して電子の
引出しを抑制する方式がとられるが、この方式では負イ
オンビームもかなり偏向されるため７、下流の加速部、
輸送部の設計が難しくなる。又、引出し面近傍に捕捉さ
れた低速電子８の空間電荷により負イオンビームの軌道
も影響を受けやすいし、引出１２面近傍の磁場は賀イオ
ン生成〆も影響を与える。又、第１図ｆｂｌに示すよう
な引出し電極構造も現在用いられているが、数１　ｎ　
ｒｎＡ／　Ｃａ以上の大きな電流密度をとるためには引
出し電圧を大きくしなければならず、この場合、電子ビ
ームの加速による損失が大きくなり、かつ、電極への熱
負荷も増大してし捷う９゜又、電子偏向用の磁場も引出
し面から十分離すことができないため、引出し面近傍に
かなシの残留磁場が生じてしまう・。一方、負イオンビ
ーム中の不純物イオンの処理に関してはいまだ十分考え
られていないのが現状である。

（目的） 本発明は上記の欠陥を改善して、電子ビームによる損失
を減らし、高輝度でかつ不納物を含まない負イオンビー
ムを得ることを目的としたものである。

（構成） 本発明の構成は、負イオンビーム発生部においては、引
出された電子ビームを偏向するための局所的な磁鴨ヲ発
生する電極及び、偏向された電子ビームのエネルギーを
回収するための回収電極を備え、下流の加速部において
は、磁場により偏向された負イオンビームの偏向角を補
正するための径方向に軸ずれした電極孔を備え、さらに
下流の加速部又は輸送部においては、不純物イオンビー
ムを分離するために局所的な磁場を発生する電極と径方
向に軸ずれした電極孔の組を１組又は複数組周期的に配
置されている。

（実施例） 本発明の実施例を第２図に示す。この場合、スロット状
の引出し電極孔が用いられており、（ａ）は正面図、（
ｂ）は側面図である。本イオン源装置においては、まず
、負イオンと電子を磁場に乱されることなく一担は共に
収束されたビームとして引出し１０、電子ビームの空間
電荷が負イオンの空間電荷に比べて無視できるまで約１
０〜２０　ＫｅＶに加速する。この状態で磁石１１に疋
り局所的に作られた磁場約２００〜３００　Ｇａｕｓｓ
によって電子ビームを偏向する。この時、磁石が引出し
面近傍に作る磁場は数Ｇａｕｓｓ以下になるように、磁
石は引出し面から十分離されて配置される。このため、
磁石の作る磁場は負イオン生成や負イオン引出しに影響
を与えることはない。偏向された電子ビーム１２は、エ
ネルギー回収電極】３に印加された減速電界により減速
されながら、最終的には数Ｋｅｖ程度の低エネルギーで
回収電極に当り、残留エネルギーは熱となって回収電極
により除去される。回収電極の上流、下流側には回収電
極から放出される２次電子、後方散乱電子の放出を抑制
するための電子抑制電極１４が配置される。一方、負イ
オンビームは電子ビームの非軸対称な空間電荷の影響を
ほとんど受けることなく、電子ビーム偏向用磁場により
わずかに偏向されて下流の加速部に達する１５゜しかし
ながら、イオンビームの偏向は加速電極孔を径方向にず
らすことによりＪ６、容易に補正される。

一方、酸素等の不純物負イオンは、さらに下流の加速部
及び輸送部において第３図に示すような電極構造を用い
ることにより除去することができる。すなわち、局所的
な磁場を発生するための磁石ｔｉ着した電極１７及び径
方向に軸ずれした電極孔をもった電極１８の組を］段又
は複数段周期的に配置し、両電極間１９．２０にはそれ
ぞれ加速電界、減速電界を印加する。電極孔の軸ずれ量
は、磁場の強さ、ビームエネルギー、電界強度、電極構
造寸法等によって決められる。電極１７近傍で、水素負
イオンビームは磁場により偏向されるが、酸素等の質量
の大きい不純物イオンはほとんど偏向されない。電極１
８を通過すると、水素負イオンビームは非軸対称電界で
逆方向に偏向されて、ビーム軸が補正されるが、不純物
イオンビームはほとんど偏向されていないので、非軸対
称電界により逆方向に偏向されてしまう。このような過
程を複数回繰返すことにより、水素負イオンビームのビ
ーム光学をほとんど乱すことなく、不純物イオンビーム
のみ下流の電極に衝突して２１、次第にビームから除去
されていく。

（効果） 上記のような負イオンビーム発生部電極構造を用いるこ
とにより、電子ビームによる電源出力の損失が減少し、
電子ビーム及び不純物イオンを含まない高輝度の負イオ
ンビーム２２が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図にＩ）及び（ｂｌは、それぞれ従来の負イオンビ
ーム引出し部の概略図であって、電子ビーム及び負イオ
ンビームの流れを示す。第２図は本発明のイオン＠装置
の一実施例の概略図であって、電子ビーム偏向のための
磁石配置、電子ビーム回収電極、及びビーム軸補正のた
めの加速電極孔の径方向軸ずれが示されている。第３図
には、加速部又□は輸送部において不純物イオンを除去
するための電極構成及び不純物イオンの流れが示されて
いる。 図において、 ］ｌ・・・磁石を装着した電極 １３・・エネルギー回収電極 １６・・・電極孔の軸ずれ １７・・磁石を装着した電極 １８・・・電極孔の軸ずれ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）負イオンビームと共に引出された電子ビームのエ
   ネルギーを回収すると同時に下流の加速部への電子ビー
   ムの漏洩を防止するために、負イオンビーム引出し部に
   、電子ビーム偏向用の局所的な磁場を発生する電極と、
   電子ビームのエネルギーを回収するための電極を配置す
   ることを特徴としたイオン源装置。
2. （２）電子ビームを偏向させるために用いた磁場により
   偏向された負イオンビームの軸を補正するために、負イ
   オンビーム加速部にビーム軸と垂直方向に軸ずれした加
   速電極孔を配置することを特徴としたイオン源装置。
3. （３）負イオンビーム中から不純物イオンを除去するた
   めに、負イオンビーム加速部又は負イオンビーム輸送部
   に、局所的な磁場を発生する電極及びビーム軸と垂直方
   向に軸ずれした電極孔の組を１段又は複数段周期的に配
   置することを特徴としたイオン源装置。