JPS62233077A - 直流高電圧電源装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は核融合装置の中性粒子入射装買用電源等の直流
高電圧電源装置に関する。

（従来の技術） 核融合装置における中性粒子入射装Ｕでは、プラズマ中
へ中性粒子を入射する構造となっている。

近年プラズマ中への中性粒子の入射パワーが増大する傾
向にあり、このため電源装置の各機器も大型化してきた
。

したがって負荷であるイオン源の周囲に各機器を配置す
るような従来広く採用されていた方式が採用できなくな
り、各ｉ器を近接する別の部屋または別の建屋に配置往
ざるを得なくなってきた。

第７図は従来の直流ｉ電圧電源装置の一例を示す構成図
である。負荷であるイオン源１はその構成要素としてア
ークチャンバ１ａ、加速電極１ｂおよびフィラメント１
Ｃから成っている。加速電源２には加速電源用変圧器３
を介して交流電圧が供給され、イれが直流電圧に変換さ
れてスイッチ４および直流高圧ケーブル５を介して加速
電極１ｂに供給されるように構成されている。

スイッチ４は加速電源２の直流高電圧を入／切する働き
を有する。また直流高圧ケーブル５は加速電源２の出力
を遠く離れたイオン源１に供給するために用いられる。

加速電極１ｂの１つであるサプレッショングリッドには
減速電源７が接続されており、中性粒子の加速速度を制
御する。フイラメン１〜１Ｃにはソースプラズマ電源８
から電力が供給され、アークチャンバ１ａ内にソースプ
ラズマを発生させる。ソースプラズマ電源８の入力側に
はソースプラズマ電源８を大地から直流高電圧に絶縁す
るための変圧器９が設置されている。

またソースプラズマ電源８と加速電源２の出力電路には
これに鎖交するようなサージエネルギ吸収素子１０が設
けられており、号−ジ電流の吸収をはかるように構成さ
れる。このような構成にＪ３いて、ソースプラズマ電［
８および変圧器９から電力がイオン源１に供給されると
、フィラメント１Ｃが加熱される。これにより中性ガス
が満たされたアークチャンバｂ プラズマが生成される。

ついでスイッチ４を閏じて直流高電圧を変圧器３、加速
電源２および直流高圧ケーブル５を介してイオン源１の
加速電極１ｂに印加するとアークチャンバ１ａからイオ
ンビームが引き出される。

通常ソースプラズマ電源８の出力は数ボルト・数千アン
ペアから百数士ボルト・数千アンペアであるため、イオ
ン源１とソースプラズマ電′Ｒ８との間の出力電力間の
電圧降下は無視できない値となる。

一方、加′ａ電源２の出力は通常百数十キロポル１〜・
百数十アンペアであるためイオン源１と加速電源２との
間の出力電路間の電圧降下は無視できる値となる。この
ため電源装置が大型化して設置スペースが問題となるよ
うな場合には、まず加速電源２およびスイッチ４がイＡ
゛ン源１から離れた他の場所へ移されて、その間を直流
高圧ケーブル５で接ＶＣするように構成することが多い
。この時０流高圧つ−ブル５の高電圧出力側の電路はソ
ースプラズマ電源８の出力電路と共に、サージエネルギ
吸収素子１０を貫通してイオン源１に接続される。

さてこのような電源装置ｒは、イオン源１の内部でひん
ばんに放電破壊が発生する。

第８図は第７図に示す装置の電気的等価回路を示したも
のである。変圧器３の直流巻線が大地に対して右するキ
ャパシタンスはキ１７パシタ１１として表わされ、直流
高圧ケーブルはＬＣの等何回路として表わされそれぞれ
インダクタンス１２、キャパシタンス１３として表わさ
れる。

変圧器９はその直流巻線が大地に対して１１戸パシタン
スを有しており、これがキャパシタンス１４として表わ
される。ソースプラズマ電源８の出力電路にはインダク
タンスが存在し、これがインダクタンス１５として表わ
される。イオン源１の内部の放電破壊はスイッチ１６と
して模擬的に表わされる。

ここでアークチャンバ１ａ内に放電破壊が発生するとス
イッチ１６が閉じられた形となる。この状態ではキャパ
シタンス１３．１／Ｉに蓄えら、れた静電エネルギが急
速に放電する。この放電Ｔｉ流のピーク値はり・−ジエ
ネルギ吸収素子１０のインピ−ダンス１０′により抑制
することができる。イオン源１の内部で発生する放電破
壊時にイオン源１に流れ込む電流のピーク値が大きいと
、放電破壊時の損傷を深くしてしまうため好ましくない
。

そこで通常１ナージエネルギ吸収素子１０のインピーダ
ンス１０′を適当に大きくづ゛ることによって放電電流
のピーク値を抑制する方法が採用される。このため従来
の装置で番より−ジエネルギ吸収素子１０のコアに強磁
性で高周波特性の良いフェライトを使用してきた。しか
しフェライトには可飽和特性があるため上述したように
放電電流を抑制する目的で使用する場合にはフェライト
を未飽和領域で使用する必要がある。

今放電破壊時にイオン源１に流れこむ電流を■とし、第
８図に承りキャパシタンス１３．１４をそれぞれＣ１Ｃ
として、インダクタンス１２゜１５をそれぞれＬ　　、
Ｌ　　とし、ナージエネルギ吸収素子１０の内部１１（
抗をＲどし、キャパシタンス１３．１４の初期電圧を■
。と表わせば、近似的に（１）式で表現することができ
る。

とする。

ここで（１）式の第１項が１＝１１で振動のピークに達
するとすれば、そのピーク値はまたナージエネルギ吸収
素子１ｏには、φ（ｔ）＝ｆｏ　Ｒ・Ｉ（ｔ）ｄｔの磁
束が発生すネルギ吸収素子１０を用意する必要がある。

ここでφ１Ｉｌａｘ番ユφ（１＞の最大値、Ｂ、はフェ
ライトの飽和磁束密度である。

つまりイＡ゛ン源１と加速電源２およびスイッチ４が遠
く離れるにしたがって直流高圧ケーブル５が長くなり、
第８図におけるキャパシタンス１３とインダクタンス１
２とが共に大きくなるため（１）式の第１項の振動周期
が長くなりφ　　もａＸ 増加する。したがってより大きなコア断面を有する９−
ジエネルギ吸収素子１ｏが必要とされることになる。

（発明が解決しようとする問題点） このように第７図に示すような従来の装置では、電源猛
打の大型化に伴いイオン源１と加速型＆ｉ　２との距離
に比例してＶ−ジエネルギ吸収素子１０を大型化してい
かなければないなという問題があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたｂの
で、イオン源の放電破壊時にイオン源に流入する電流の
ピークを抑制するり゛−ジエネルギ吸収素子をより小型
にして構成することのできる直流電圧電源装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、負荷のイオン源に第１の出力電路を介して直
流高電圧を供給してイオンビームを発生させる加速電源
と、前記イオン源に第２の出力電路を介して電力を供給
してソースプラズマを発生さぼるソースプラズマ電源と
、サージ電流の流れる電路に鎖交して設置され１ナージ
電流の吸収をはかるサージエネルギ吸収素子とを具備し
てなるａ流高電圧電源装置において、前記４ノージエネ
ルギ吸収素子を前記第２の出力電路のみに鎖交させ、１
１口２第１の出力電路にはサージ電流の吸収をはかるサ
ージ抑制手段を設けたことを特徴としている。

（作　用） このような構成とすることによりサージエネルギ吸収素
子１０に流れる電流は（１）式の第２項の電流のみとな
る。したがってサージエネルギ吸収素子１０のコアの断
面積を従来の方式に比べて小さくすることができるので
ある。

（実施例） 以下本発明を図示でる実施例に基づいて詳細に説明する
。なＪ３以下に示す図面においては第７図および第８図
に示したと同一の構成部分には同一符号を付しその説明
を省略する。

第１図は本発明による直流高電圧ＩＩ装置の一実施例を
示す構成図である。第７図に示す従来の構成と異なり、
第１図においては直流高圧ケーブル５の直流高電圧側を
サージエネルギ吸収素子１０に鎖交さ口ないようにする
とともに、直流高圧ケーブル５のイオン源１側に抵抗器
とりアクドルとの並列回路により構成されるサージ抑制
素子６を接続している。

第２図は第１図に装置においてイオン源１の内部で放電
破壊が発生した場合を模擬する゛電気的等価回路を示し
たものである。キャパシタンス１３、インダクタンス１
２およびサージ抑制素子６から構成される加速電源側回
路と、キャパシタンス１４、インダクタンス１５および
サージエネルギ吸収素子１０から構成されるソースプラ
ズマ電源側回路とが完全に分離している。

したがってサージエネルギ吸収素子１０に流れる電流は
（１）式の第２項の電流のみとなる。一方ナージ抑制素
子６は電路等による電圧降下の許容範囲が比較的大きい
ので、抵抗器及びリアクトルの抵抗とインダクタンスと
を十分に大きく取ることができる。したがってキャパシ
タンス１３からの放雷電流を十分に小さく抑υ１するこ
とができる。

このように加速電源２の出力電路がり′−ジエネルギ吸
収素子１０に鎖交しないような構成を採用しているため
、サージエネルギ吸収素子１０のコアの断面積は従来の
場合と比べて小さくすることができる。

第３図は本発明の他の実施例を示す構成図である。第１
図に示した実施例におけるサージ抑制素子６を抵抗器２
１のみで構成し、ソースプラズマ電源２の出力電路をサ
ージエネルギ吸収素子１０のイオン源１側において、加
速電源２の高電圧出力電路にコンデンサ２０を介して接
続した構成となっている。

この場合、抵抗器２１は直流高圧ケーブル５のキャパシ
タンスに蓄えられるエネルギを吸収するとともに、この
キャパシタンスからの放電電流ピークを十分小さく抑制
する動きをする。ソースプラズマ電源８の出力電路はイ
オン源１側においてコンデンサ２０を介して抵抗器２１
の一端に接続されている。

ここで］ンデンリ°２０は、イオン源１の放電破壊時に
ソースプラズマ電源８の出力用台電路および加速電源２
の高電圧出力電路の相互間に不要な電位差が発生して放
電を発生することを防いで、本電源装置が安定の良い運
転をすることを保証するものである。

なおコンデンサ２０はサージエネルギ吸収素子１０のソ
ースプラズマ電源８側に設けても良い。

第４図はコンデンサ２２をソースプラズマ電源８側に設
けた場合における本発明の他の実施例を示す構成図であ
る。

この場合には加速電源２への電位固定用電線２３をサー
ジエネルギ吸収素子１０を貫通するＪ：うに配置し、片
端を加速電源２の？３電圧出力電路に接続し、他端を、
コンデンサ２２を介してソースプラズマ電源８の出力電
路に接続する。

第５図も本発明の他の実施例を示覆構成図である。第５
図の構成においては第１図に示した１ナージ抑制索子６
を構成する抵抗器に直列にダイオードを接続したサージ
抑制素子１７を用いている。

この場合抵抗器はサージ抑制素子１７を構成するりアク
ドルのエネルギのみを消費するため、潤費電力の小さい
抵抗器を選択することができるという利点がある。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示す構成図である
。本実施例においては、サージエネルギ吸収素子１０に
バイアス磁束を与えるためバイアス電源１８を別に設け
、リアク］〜ル１９に接続してバイアス磁束を発生させ
ている。

これにＪ：リサージエネルギ吸収素子１０のコアを等価
的な大きくしたと同様の効果が得られる。

（発明の効果） 以上実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明に
よる直流高電圧電源装置では、サージエネルギ吸収素子
のコアはソースプラズマ電源の出力電路のみに鎖交し、
加速電源の高電圧出力電路には鎖交しないような構成と
なっているため、サージ１ネルギ吸収素子のコア断面積
を小さくすることができる。

また電源装置の大型化がおこなわれてもサージエネルギ
吸収素子をイオン源と加３ｇ！電源との距離に比例して
大型化させるという配慮をする必要がない。このためサ
ージエネルギ吸収素子をより小型にできる直流高電圧電
源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示ず構成図、第２図は第１
図の電気的等価回路を示す回路図、第３図〜第６図は本
発明の他の実施例を示す構成図、第７図は従来の装置の
一例を示り構成図、第８図は第７図の装置の電気的等価
回路を示す回路図である。 １・・・イオン源、２・・・加速電源、５・・・直流高
圧ケーブル、６・・・サージ抑制素子、８・・・ソース
プラズマ電源、１０・・・サージエネルギ吸収素子、２
０・・・コンデンサ、２１・・・抵抗器、２２・・・コ
ンデンサ、２３・・・電位固定用電線、１７・・・畳ナ
ージ抑制素子、１８・・・バイアス電源、１９・・・リ
アクトル。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 も　１　に 厩　２　に も３　囚 も４２ 几　５　Ｚ 汽６　図 色７　図 ｎ ち８　ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、負荷のイオン源に第１の出力電路を介して直流高電
   圧を供給してイオンビームを発生させる加速電源と、前
   記イオン源に第２の出力電路を介して電力を供給してソ
   ースプラズマを発生させるソースプラズマ電源と、サー
   ジ電流の流れる電路に鎖交して設置されサージ電流の吸
   収をはかるサージエネルギ吸収素子とを具備してなる直
   流高電圧電源装置において、前記エネルギ吸収素子を前
   記第２の出力電路のみに鎖交させ、前記第１の出力電路
   にはサージ電流の吸収をはかるサージ抑制手段を設けた
   ことを特徴とする直流高電圧電源装置。 ２、前記サージ抑制手段として、抵抗器、リアクトルお
   よび／またはダイオードの組合せからなるサージ抑制素
   子を前記第１の出力電路に直列に挿入したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の直流高電圧電源装置。 ３、前記サージ抑制手段として、抵抗器からなるサージ
   抑制素子を前記第１の出力電路に直列に挿入するととも
   に、前記第１と第２の出力電路とを前記イオン源側また
   は前記ソースプラズマ電源側でコンデンサを介して接続
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流
   高電圧電源装置。 ４、前記サージ抑制手段としてさらに前記サージエネル
   ギ吸収素子のコアに鎖交してこのコアに一定の磁束を与
   えるバイアス電源を付加したことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項または第３項のいずれかに記載の直流高電
   圧電源装置。