JPS6259440B2 - - Google Patents
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- JPS6259440B2 JPS6259440B2 JP57168543A JP16854382A JPS6259440B2 JP S6259440 B2 JPS6259440 B2 JP S6259440B2 JP 57168543 A JP57168543 A JP 57168543A JP 16854382 A JP16854382 A JP 16854382A JP S6259440 B2 JPS6259440 B2 JP S6259440B2
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Classifications
-
- 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
-
- 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
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- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、イオンのエネルギーを回収するイ
オン・エネルギー回収装置に関する。
オン・エネルギー回収装置に関する。
イオン・エネルギー回収装置は、例えばプラズ
マ加熱用の中性粒子入射装置（NBI）における、
非中性化イオンのエネルギー回収に用いられる。
マ加熱用の中性粒子入射装置（NBI）における、
非中性化イオンのエネルギー回収に用いられる。
第１図に、エネルギー回収装置を具備したNBI
を示す。放電室１からひきだされたイオンは、加
速電極２の間を通過する際に加速されて、高エネ
ルギーのイオンになる。その後、比較的圧力の高
い中性ガスでみ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をおこして、高速
の中性粒子を得る。しかし、この中性化の効率は
エネルギーがあがるにしたがい低下する。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、同図に示す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て、器壁の
損傷を防ぐとともに、電力として再利用する。
を示す。放電室１からひきだされたイオンは、加
速電極２の間を通過する際に加速されて、高エネ
ルギーのイオンになる。その後、比較的圧力の高
い中性ガスでみ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をおこして、高速
の中性粒子を得る。しかし、この中性化の効率は
エネルギーがあがるにしたがい低下する。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、同図に示す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て、器壁の
損傷を防ぐとともに、電力として再利用する。
この回収装置は、回収電極５の前後に同電極へ
の電子の流入を防止するための電子抑制電極６，
７が設置される。このときのビーム軸にそつての
電位分布９を中性化セルを接地した場合を第１図
に例示した。このときには、電子抑制電極６，７
に負電位を与えることにより、回収装置域の外で
生まれた電子に対して静電障壁が形成される。
の電子の流入を防止するための電子抑制電極６，
７が設置される。このときのビーム軸にそつての
電位分布９を中性化セルを接地した場合を第１図
に例示した。このときには、電子抑制電極６，７
に負電位を与えることにより、回収装置域の外で
生まれた電子に対して静電障壁が形成される。
最近、装置の小型化の要請に従つて、従来は装
置内を高真空にしていたものを低真空化しなけれ
ばならなくなつてきた。ところが低真空化すると
回収装置内においても、中性ガスとイオンビーム
との衝突によつて荷電粒子が生成される。このう
ち、イオンは、その大半が、電子抑制電極６，７
にあつめられ熱負荷となる。その値を試算してみ
る。100keVのH+ビームを10KeVの残留エネルギ
ーで回収することを考える。電子抑制電圧を−
50KVとし、回収域の電場強度を7KV／cmとし回
収領域の圧力を１×10-4Torrとするとイオンパ
ワーは高速イオンの入射パワーの約２％になる。
この値自身は、無視することはできないが、回収
装置全体の損失から許容されると考えられる。し
かし、イオン照射をうけた電極は電子を放出して
新たな損失源となる。しかも、その際、放出電子
数は、入射イオン数より多くなる。たとえば、モ
リブデン電極を用いると、電子放出係数は、概ね
３ケ／イオンである。したがつて、この放出電子
が回収電極に衝突すると、その損失は、高速イオ
ンの入射パワーの8.4％にも達し、高速イオンの
回収時のパワーが、入射時の10％であることを考
えるとこの損失は深刻である。この電子による損
失が、第１図に示す静電障壁を用いた電子抑制法
を用いる方式の最大の問題点であることを本発明
者らが見い出したのである。
置内を高真空にしていたものを低真空化しなけれ
ばならなくなつてきた。ところが低真空化すると
回収装置内においても、中性ガスとイオンビーム
との衝突によつて荷電粒子が生成される。このう
ち、イオンは、その大半が、電子抑制電極６，７
にあつめられ熱負荷となる。その値を試算してみ
る。100keVのH+ビームを10KeVの残留エネルギ
ーで回収することを考える。電子抑制電圧を−
50KVとし、回収域の電場強度を7KV／cmとし回
収領域の圧力を１×10-4Torrとするとイオンパ
ワーは高速イオンの入射パワーの約２％になる。
この値自身は、無視することはできないが、回収
装置全体の損失から許容されると考えられる。し
かし、イオン照射をうけた電極は電子を放出して
新たな損失源となる。しかも、その際、放出電子
数は、入射イオン数より多くなる。たとえば、モ
リブデン電極を用いると、電子放出係数は、概ね
３ケ／イオンである。したがつて、この放出電子
が回収電極に衝突すると、その損失は、高速イオ
ンの入射パワーの8.4％にも達し、高速イオンの
回収時のパワーが、入射時の10％であることを考
えるとこの損失は深刻である。この電子による損
失が、第１図に示す静電障壁を用いた電子抑制法
を用いる方式の最大の問題点であることを本発明
者らが見い出したのである。
また、電子抑制電極を照射するイオンには、回
収装置外で生まれたイオンの流入や、回収電極表
面での一次イオンの反射によるものがある。これ
らはいずれも前述のイオン同様、それ自身熱源と
なるほか、二次電子の放出を伴う。
収装置外で生まれたイオンの流入や、回収電極表
面での一次イオンの反射によるものがある。これ
らはいずれも前述のイオン同様、それ自身熱源と
なるほか、二次電子の放出を伴う。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、エネルギー回収電極の損失をおさえ、効率
の良いイオン・エネルギー回収装置を提供するこ
とを目的とする。
ので、エネルギー回収電極の損失をおさえ、効率
の良いイオン・エネルギー回収装置を提供するこ
とを目的とする。
本発明は高速イオンを静電場によつて減速し、
電流として回収することによりイオンのもつ運動
エネルギーを電気エネルギーに変換するイオン・
エネルギー回収装置において、イオンビームに随
伴する電子除去の為の負電場の静電障壁形成用の
電極、即ち電子抑制電極に、磁場発生用として、
電流通電のための導線、あるいは永久磁石を設け
たイオン・エネルギー回収装置である。
電流として回収することによりイオンのもつ運動
エネルギーを電気エネルギーに変換するイオン・
エネルギー回収装置において、イオンビームに随
伴する電子除去の為の負電場の静電障壁形成用の
電極、即ち電子抑制電極に、磁場発生用として、
電流通電のための導線、あるいは永久磁石を設け
たイオン・エネルギー回収装置である。
本発明によれば、簡単な構成でエネルギー回収
電極の荷電粒子による損失を低減でき効率の良い
装置を構成できる。
電極の荷電粒子による損失を低減でき効率の良い
装置を構成できる。
以下本発明の実施例を詳細に説明する。なお従
来装置とその構成が同一の部分については同一符
号を符けてその説明を省略する。特に本発明が従
来装置と比較できる点は、荷電粒子による損失
が、イオン照射に基く二次電子の放出にあること
に注目したことである。このことは、イオン照射
をうけても、電子の放出を伴なわなければ、損失
がおさえられることを意味している。その方法と
して、電子抑制電極の周囲に磁場を発生させ、電
子の放出を抑えることである。第２図の例では、
電極近傍の電場は、電極に垂直で一様と考えてよ
い。また、電極に充分密に導線を配すれば、この
導線を流れる電流によつて発生する磁束は、電極
に沿つて平行で、しかも、電極近傍では磁束密度
は一定になる。このときの電極からの放出電子の
挙動を考える。放出電子の放出時のエネルギー
は、電場強度に比べると無視でき、零とおいてさ
しつかえない。磁束密度が充分であれば、サイク
ロイド軌動をえがく電子は、電極に沿つてドリフ
ト運動をするだけで回収電極に達しない。その様
子を模式的に第２図に示した。そして電子照射に
よる電子放出係数は入射電子のエネルギーが低い
場合には一般に１以下であり、電子が電極に衝突
するたびに減少し、ついには、電子放出は停止す
る。
来装置とその構成が同一の部分については同一符
号を符けてその説明を省略する。特に本発明が従
来装置と比較できる点は、荷電粒子による損失
が、イオン照射に基く二次電子の放出にあること
に注目したことである。このことは、イオン照射
をうけても、電子の放出を伴なわなければ、損失
がおさえられることを意味している。その方法と
して、電子抑制電極の周囲に磁場を発生させ、電
子の放出を抑えることである。第２図の例では、
電極近傍の電場は、電極に垂直で一様と考えてよ
い。また、電極に充分密に導線を配すれば、この
導線を流れる電流によつて発生する磁束は、電極
に沿つて平行で、しかも、電極近傍では磁束密度
は一定になる。このときの電極からの放出電子の
挙動を考える。放出電子の放出時のエネルギー
は、電場強度に比べると無視でき、零とおいてさ
しつかえない。磁束密度が充分であれば、サイク
ロイド軌動をえがく電子は、電極に沿つてドリフ
ト運動をするだけで回収電極に達しない。その様
子を模式的に第２図に示した。そして電子照射に
よる電子放出係数は入射電子のエネルギーが低い
場合には一般に１以下であり、電子が電極に衝突
するたびに減少し、ついには、電子放出は停止す
る。
同図で電極からもつともはなれる距離ａは
ａ＝Ｅ／（Ｂ・ｗc）
である。ただし、ｗcは電子のサイクロトロン周
波数Ｅ、Ｂは電界強度と磁束密度である。ａを例
えば２cmとすると、必要なＢは、140ガウス程度
であり、この磁束密度を得るに要する電流密度
は、電極にそつて220A／cmである。これは、通
常のホロー導体を利用すれば容易に達成できる。
波数Ｅ、Ｂは電界強度と磁束密度である。ａを例
えば２cmとすると、必要なＢは、140ガウス程度
であり、この磁束密度を得るに要する電流密度
は、電極にそつて220A／cmである。これは、通
常のホロー導体を利用すれば容易に達成できる。
第２図は、導線を電極板内に埋設する例を示し
たが、導線自身が充分な強度を有している場合
は、導線のみで電極を構成しても全く同じ効果を
有する。その際、第３図のように、導線間隙を大
きくするかわりに、通電々流を増すことにより、
実効的な電子放出を防止できる。導線間隙を大き
くすることは、コンバータ内のガスを排出するた
めのコンダクタンスと大きくすることであり、コ
ンバータ内圧力を減減する効果も有する。
たが、導線自身が充分な強度を有している場合
は、導線のみで電極を構成しても全く同じ効果を
有する。その際、第３図のように、導線間隙を大
きくするかわりに、通電々流を増すことにより、
実効的な電子放出を防止できる。導線間隙を大き
くすることは、コンバータ内のガスを排出するた
めのコンダクタンスと大きくすることであり、コ
ンバータ内圧力を減減する効果も有する。
以上は、磁場発生に電流を用いる例を示した
が、電流のかわりに永久磁石を用いても同様な効
果がえられることはいうまでもない。
が、電流のかわりに永久磁石を用いても同様な効
果がえられることはいうまでもない。
ただし、電極全体に単一の永久磁石を用いれば
好ましいが通常は第４，５図に示すように複数個
の永久磁石１２を電極６に形成した磁石収納容器
１３に収納配置してなる。このときには、磁力線
の放出部及び吸いこみ部付近では、ＢとＥが垂直
にはならず、電子のとじこめに寄与しない部分が
生ずる。しかし、その場合でも、強力な磁石の使
用により、第４図に示すように同極性同志を対抗
して設けるようにして単一磁石を大きくしたり、
第５図に示すように電極の表裏に異極性となるよ
うに磁石間隙をあけてたてに配置することによ
り、有効でない部分を減少することができる。こ
のように磁石の配列の工夫により、磁石を用いな
い場合に比べて、電子放出は大幅に低減できる。
好ましいが通常は第４，５図に示すように複数個
の永久磁石１２を電極６に形成した磁石収納容器
１３に収納配置してなる。このときには、磁力線
の放出部及び吸いこみ部付近では、ＢとＥが垂直
にはならず、電子のとじこめに寄与しない部分が
生ずる。しかし、その場合でも、強力な磁石の使
用により、第４図に示すように同極性同志を対抗
して設けるようにして単一磁石を大きくしたり、
第５図に示すように電極の表裏に異極性となるよ
うに磁石間隙をあけてたてに配置することによ
り、有効でない部分を減少することができる。こ
のように磁石の配列の工夫により、磁石を用いな
い場合に比べて、電子放出は大幅に低減できる。
本発明は、平板状のビームを用い、しかも、回
収電極中央に開口部のある、NBI用の“イン・ラ
イン型”について説明したが、ビーム形状によら
ないことはもちろんのこと、NBI用エネルギー回
収装置に限定されることなく、一般的な、高速イ
オンのエネルギー回収装置に適用できる。
収電極中央に開口部のある、NBI用の“イン・ラ
イン型”について説明したが、ビーム形状によら
ないことはもちろんのこと、NBI用エネルギー回
収装置に限定されることなく、一般的な、高速イ
オンのエネルギー回収装置に適用できる。
第１図はエネルギー回収装置をもつNBI装置の
構成図、第２図は本発明の実施例を示す要部図、
第３図は、電極を導線のみで構成した場合の要部
斜視図、第４図および第５図は、永久磁石を用い
た例を示す要部斜視図である。 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……ドリフト
管、１０……ホロー導体、１１……電子軌道、１
２……永久磁石、１３……磁石収納容器。
構成図、第２図は本発明の実施例を示す要部図、
第３図は、電極を導線のみで構成した場合の要部
斜視図、第４図および第５図は、永久磁石を用い
た例を示す要部斜視図である。 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……ドリフト
管、１０……ホロー導体、１１……電子軌道、１
２……永久磁石、１３……磁石収納容器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 高速イオンを静電場によつて減速し、イオン
の有する運動エネルギーを電気エネルギーに変換
して電流として回収するイオン・エネルギー回収
装置において、イオンを回収してその回収された
イオンを電気エネルギーに変換する回収電極と、
前記イオン・エネルギー回収装置の外部で生成さ
れる電子の通過を抑制し、前記イオン・エネルギ
ー回収装置にイオンが流入する方向の上流側に配
置される電子抑制電極と、この電子抑制電極によ
つて生成される２次電子を抑制するために前記電
子抑制電極の近辺から磁界を発生するための磁場
形成手段とを具備してなることを特徴とするイオ
ン・エネルギー回収装置。 ２ 磁場形成手段を電極面に沿つて導電線を埋設
して構成し、この導電線に電流を流して磁場を形
成してなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のイオン・エネルギー回収装置。 ３ 導電線を冷却液の通る中空導体としたことを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載のイオン・
エネルギー回収装置。 ４ 電子抑制電極を導電線を平板状に束ねて形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のイオン・エネルギー回収装置。 ５ 磁場形成手段を電極面に沿つて設けた永久磁
石で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のイオン・エネルギー回収装置。 ６ 永久磁石を電極平面に沿つて同極性同志が対
向するように直列に複数個配置してなることを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載のイオン・エ
ネルギー回収装置。 ７ 永久磁石を電極平面の表裏に異極性となるよ
うに複数個配置したことを特徴とする特許請求の
範囲第５項記載のイオン・エネルギー回収装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57168543A JPS5960899A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | イオン・エネルギ−回収装置 |
| US06/523,762 US4584473A (en) | 1982-09-29 | 1983-08-17 | Beam direct converter |
| EP83304842A EP0110504B1 (en) | 1982-09-29 | 1983-08-22 | Beam direct converter |
| DE8383304842T DE3379148D1 (en) | 1982-09-29 | 1983-08-22 | Beam direct converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57168543A JPS5960899A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | イオン・エネルギ−回収装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5960899A JPS5960899A (ja) | 1984-04-06 |
| JPS6259440B2 true JPS6259440B2 (ja) | 1987-12-10 |
Family
ID=15869960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57168543A Granted JPS5960899A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | イオン・エネルギ−回収装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4584473A (ja) |
| EP (1) | EP0110504B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5960899A (ja) |
| DE (1) | DE3379148D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0417094Y2 (ja) * | 1987-05-25 | 1992-04-16 |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0724209B2 (ja) * | 1985-03-08 | 1995-03-15 | 日新電機株式会社 | イオン注入装置 |
| US5789744A (en) * | 1996-04-26 | 1998-08-04 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for the production of atomic ion species from plasma ion sources |
| US6628740B2 (en) * | 1997-10-17 | 2003-09-30 | The Regents Of The University Of California | Controlled fusion in a field reversed configuration and direct energy conversion |
| US6894446B2 (en) * | 1997-10-17 | 2005-05-17 | The Regents Of The University Of California | Controlled fusion in a field reversed configuration and direct energy conversion |
| DE10014033C2 (de) * | 2000-03-22 | 2002-01-24 | Thomson Tubes Electroniques Gm | Plasma-Beschleuniger-Anordnung |
| US6664740B2 (en) * | 2001-02-01 | 2003-12-16 | The Regents Of The University Of California | Formation of a field reversed configuration for magnetic and electrostatic confinement of plasma |
| US6611106B2 (en) * | 2001-03-19 | 2003-08-26 | The Regents Of The University Of California | Controlled fusion in a field reversed configuration and direct energy conversion |
| GB2411517A (en) * | 2004-02-27 | 2005-08-31 | E2V Tech Uk Ltd | Collector arrangement |
| US9123512B2 (en) | 2005-03-07 | 2015-09-01 | The Regents Of The Unviersity Of California | RF current drive for plasma electric generation system |
| US9607719B2 (en) * | 2005-03-07 | 2017-03-28 | The Regents Of The University Of California | Vacuum chamber for plasma electric generation system |
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| DE102008007309A1 (de) * | 2008-02-02 | 2009-08-06 | Alfons Roschel | Elektronenabsauger |
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