JPS63135000A - 電子ビ−ム装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は電子ビーム装置に関するものであって、特に
核融合炉内において生じるプラズマ・ディスラプション
現象による核融合炉壁への熱流束のシュミレーション試
験に用いられる電子ビーム装置に関するものである。

（従来の技術） トカマク型核融合炉内において、プラズマがその不安定
性に起因するディスラプション（異状崩壊）現象を起こ
すことが知られている。このプラズマ・ディスラプショ
ン現象が発生した場合、プラズマに直面する核融合炉第
１壁の一部に、崩壊したプラズマのエネルギーが、局所
的に多量に投与され、第１壁を熱損傷させることが問題
となっている。このプラズマ・ディスラプション現象は
核融合炉にとって深刻な問題であり、将来的に見て、そ
の対策を講じることは極めて重要である。

そこで、核融合炉壁として使用される材質の試験片に模
擬熱源として電子ビームを照射し、実際の核融合炉内に
おいて生じるプラズマ・ディスラプション現象によって
投与される熱流束と略同等の熱流束を付与し、これによ
る材料のＦＤ耗や変質を把握するための、いわゆるシュ
ミレーション試験を行なうことが考えられている。ディ
スラプション現象は極めて短時間の間に起こるため、こ
の試験に用いられる電子ビーム装置としては高出力の電
子ビームを極めて短時間だけ試験片に照射する機能を持
つことが必要であり、次のようないくつかのものを挙げ
ることができる。１つは、電子ビームの照射経路上に円
盤を配置し、この円盤の一部に電子ビームの通過を許容
する定幅のスリットを形成しておき、円盤を回転させる
ことによって、この円盤の回転数及びスリットの幅に応
した時間だけ、電子ビームをこのスリットを通して通過
させ、試験片に照射させるものである。２つには電子ビ
ームの径路途中に通電状態の偏向コイルを配置して電子
ビームを偏向させておき、所定時間だけこの通電を断ち
、電子ビームを試験片に照射しようとするものである。

３つには、電子銃に電子ビームをパルス化させる機構を
内蔵しておき、パルス状の電子ビームを試験片に照射し
ようとするものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記シュミレーション試験においては、通常は１／１０
０秒オーダのきわめて短時間内に５０に一以上の高エネ
ルギーの電子ビームを試験片に照射することが要求され
る。上記スリット付円盤を採用した電子ビーム装置にお
いては、電子ビームを上記のような高エネルギーとする
ため、電子ビームを発生させた初期、すなわち電子ビー
ム発生装置内の電気的な過渡現象によって出力が定常出
力に達していない時期には、電子ビームを円盤のスリッ
ト以外の部分に照射して試験片への照射を遮蔽しておき
、電子ビームが定常出力に達した後に円盤を回転させ始
める構成をとっており、そのため電子ビームによる円盤
の損耗が大きく、頻繁に円盤の取替えが要求されること
になる。しかも上記のように電子ビームの照射時間はき
わめて短時間であることが要求される訳であるが、その
ために円盤の回転速度を予めスリットが電子ビームを横
切る速さから定めようとすると、一度、スリットが電子
ビームを横切った後に、その慣性力により再度スリット
が電子ビームを横切ってしまい、試験片を必要以上に照
射してしまうという問題がある。

また上記偏向コイルを採用した電子ビーム装置において
は、偏向状態にある電子ビームが照射経路に移行すると
き、及び照射経路に移行した電子ビームが偏向状態に戻
るときに、電子ビームが試験片の照射必要部局外の部位
を通過してしまうのを余儀なくされ、試験片に電子ビー
ムの走査痕を残すとい、う問題がある。また、電子ビー
ムはその発生から定常出力に達するまでに所定の時間を
要するものであるため、上記パルス化機構を内蔵した電
子ビーム装置においては、きわめて短時間の熱流束の付
与が正確にできないという問題がある。

したがって、上記各種の電子ビーム装置を上記シュミレ
ーション試験に用いた場合、得られた結果に上記に起因
する誤差が内包されることになる。

この発明は上記欠点を解消するためになされたものであ
って、その目的は、電子ビームを照射対象物に精度よく
照射することができ、そのため核融合炉内で生じるプラ
ズマ・ディスラプション現象による核融合炉壁への表面
熱流束のシュミレーション試験に好適に用いることので
きる電子ビーム装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この発明の電子ビーム装置においては、照射方向と垂直
な平面内で縦横に振動しながら照射対象物ｌに照射され
る電子ビームの照射経路上に、回転しながら電子ビーム
を遮る遮蔽部材２．２ａを配置し、上記遮蔽部材２．２
ａの一部に電子ビームの通過を許容する通過部３．３ａ
を設け、さらに上記通過部３．３ａが電子ビームの照射
径路上に位置したとしても所定時間内は電子ビームの照
射対象物１に対する照射を阻止する照射阻止手段４．４
ａを、電子ビームの照射経路途中に配置している。

（作用） 本発明の電子ビーム装置においては、遮蔽部材２．２ａ
の回転中、通過部３．３ａが電子ビームの照射経路上に
位置したとしても所定時間が経過するまでは照射阻止手
段４．４ａが電子ビームの照射対象物１に対する照射を
阻止することになり、電子ビームを照射対象物に精度よ
く照射することが可能であり、そのため核融合炉内で生
じるプラズマ・ディスラプション現象による核融合炉壁
への熱流束のシュミレーション試験に好適に用いること
が可能である。

（実施例） 次に、この発明の電子ビーム装置の具体的な実施例につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図はその第１実施例を示すが、図において、５は電
子銃であり、この電子銃５の照射口に対向する位置に照
射対象物としての試験片１が配置されている。電子銃５
と試験片１とを結ぶ照射径路上には、電子ビームの照射
を遮るための遮蔽部材としての回転円盤２が配置されて
いる。この回転円盤２の中心軸は照射径路とはずらされ
ていて、回転円盤２の縁部が照射径路に位置するように
されている。回転円盤２には外周部から中心に向けて延
びる通過部としての通過スリット３が形成されており、
この通過スリット３が照射径路上に位置したときに、電
子ビームがこの通過スリット３を通して通過するように
されている。この回転円盤２にはシャフト６が取着され
ており、このシャフト６はその基端側に第１ギヤ７を、
先端部に第２ギヤ８を有している。シャフト６は軸まわ
り回転自在であるように支持フレーム９に支持されてい
る。上記第１ギヤ７はモータ１０のピニオン１１に噛合
され、上記第２ギヤ８は計時ギヤ１２に噛合されている
。この計時ギヤ１２の直径は第２ギヤ８の直径のｎ　（
ｎｉｌ）倍の大きさにされており、第２ギヤ８、すなわ
ち回転円盤２がｎ回転したときに、計時ギヤ１２が１回
転するようにされている。なおｎの値は電子ビームがそ
の発生後、定常出力となるまでの時間を考慮して決めら
れる。

計時ギヤ１２の縁部には周方向に平行に延びる長スリッ
ト１３と短スリット１４とが穿設されている。１５は第
１光センサであり、この第１光センサを構成する投光器
と受光器とが短スリット１４を両側から挟むように互い
に対向して配置されている。１６は第２光センサであり
、これもまたその投光器と受光器とが長スリット１３を
両側から挟むように互いに対向して配置されている。第
１光センサ１５は短スリット１４を検出したときに後述
する第１偏向コイルに偏向解除信号を送るものである。

また第２光センサ１６はモータ１０の始動時に長スリッ
ト１３を検出したときに電子銃５の電子ビーム照射回路
（図示せず）に不照射信号を送るものであり、長スリッ
ト１３が第２光センサ１６から外れたときはこの信号は
解除されることになる。すなわち第２光センサ１６が長
スリット１３を検出した状態では、第１光センサ１５が
短スリット１４を検出するに至るまでの時間が短く、こ
の状態で電子ビームの照射を開始した場合には、ビーム
出力が定常状態に達する前に試験片１に照射されてしま
うことになるため、このような不具合を解消しようとし
ているのである。なお、一度電子ビームを発生させると
、電子ビーム照射回路は自己保持され、第２光センサ１
６が再び長スリットを検出しても、電子ビーム照射は停
止しない。一方、電子ビームの照射径路の途中でかつ回
転円盤２の上方の位置には、照射阻止手段としての第１
偏向コイル４が配置されている。この第１偏向コイル４
は照射径路をその両側から挟むように配設された１対の
平行磁性板にそれぞれ磁極コイルを取着したものであり
、通電することにより、電子ビームを、第１図に実線で
示す方向に偏向させるようにされている。なお、１７は
偏向された電子ビームを受けるダミーターゲ・７トであ
り、１８はダミーターゲット１７と試験片１との間に介
設された金属蒸気スクリーンである。この金属蒸気スク
リーン１８はダミーターゲット１７を照射することによ
り生じる金属蒸気が試験片１側に移動するのを防止する
ためのものである。

ところで、この実施例において採用される電子ビームは
、試験片１への所定の熱流束の熱の付与に関する後の解
析を容易にするため、断面が略矩形でかつこの断面内の
エネルギー分布が略均−であるものが採用される。電子
ビームは通常断面が円形でエネルギ分布が半径方向に略
ガウス分布をなすものであるが、集束させた電子ビーム
を高い周波数で振動させることにより断面矩形がエネル
ギー分布が均一の電子ビームを得ることができる。

以下、詳述する電子銃５には第２偏向コイル（図示せず
）が設けられているが、この第２偏向コイルは電子ビー
ムの照射方向と垂直な平面内で、一方向Ｘに電子ビーム
を往復振動させるＸ偏向コイルと、上記Ｘ方向と直交す
る方向Ｙに電子ビームを往復振動させるＸ偏向コイルと
を有しており、Ｘ偏向コイルとＹ偏向コイルとは互いに
異なる周波数で電子ビームを各方向に振動させるよう両
方向からの三角波を重畳させである。これにより、電子
ビームは各方向の振幅の２倍の長さをそれぞれ１辺とす
る矩形領域内で振動することになる。

しかも矩形領域内での電子ビームの振動軌跡は、周波数
を異ならせであるので、略ランダムとみなすことができ
、Ｘ、Ｙ方向それぞれのビームの振動の周波数を十分に
高くするとこの領域内でのエネルギー分布は略均−とな
るのである。第３図には試験片１の照射部における電子
ビームの振動軌跡を模式的に例示している。図において
はＸ軸方向の振幅とＹ軸方向の振幅とを同一にし、Ｘ軸
方向の周波数をＹ軸方向の周波数の０．９倍としたもの
を示している。

次に、上記電子ビーム装置の作動状態を説明する。まず
第１偏向コイル４を通電状態にする。次にモータ１０を
駆動することによって回転円盤２を回転すると共に、電
子銃５から電子ビームを発生させる。このとき電子ビー
ムは第２偏向コイル４により偏向されて、ダミーターゲ
ット１７を照射する。計時ギヤ１２の長スリット１３の
一部が第２光センサ１６内に位置していないときは、こ
の電子ビームは次のように作動する。回転円盤２の回転
に伴って計時ギヤ１２の短スリット１４が第１光センサ
１５に入るまでに、回転円盤２は少なくともｍ（１＜ｍ
＜ｎ）回転する。その間に電子ビームの出力は定常出力
まで上がることになる。

そして短スリット１４が第１光センサ１５内に入ると同
時に第１光センサ１５から第１偏向コイル４に偏向解除
信号が発せられ、第１偏向コイル４０通電が解除される
。これにより通過スリット３は照射径路の手前に位置し
、電子ビームは回転している回転円ｆ！ｉｋ２の通過ス
リット３の手前の縁部を照射している状態にある。さら
に回転円盤２の回転が進み通過スリット３が照射径路上
に位置すると、電子ビームは通過スリット３を通過し、
試験片ｌを照射することになる。そして通過スリット３
が照射径路を過ぎ、電子ビームが回転円盤２の縁部を照
射するようになると、短スリットＩ４が第１光セン＋１
５から外れ、第２偏向コイル４が通電され、電子ビーム
を偏向し、再びダミーターゲット１７を照射するように
なる。その後、計時ギヤ１２が再び１回転して第１光セ
ンサ１５が短スリット１４を検出するまでに電子ビーム
発生を止めてやれば、試験は終了する。

一方、長スリット１３の一部が第２光センサ１６内に位
置した状態で回転円＠２が回転を始めるときは、第２光
センサ１６から電子銃５の照射回路に不照射信号が発せ
られ、電子銃５からは電子ビームが発生しない。すなわ
ち、起動直後の（電子ビーム出力の立ち上り中の）状態
において、電子ビームが試験片１に照射されるのを防止
しているのである。この場合、回転円盤２はモータ１０
の駆動により空回りさせる。そして長スリット１３が第
２光センサ１６から外れた状態において、電子ビームを
発生し、その後は、上記長スリット１３が第２光センサ
Ｉ６内に位置していない状態からの電子ビーム装置の上
記作動と同様の作動をなすことになる。

上記電子ビーム装置においては、電子ビームは、短スリ
ット１４が第１光センサ１５を通過する時間のうち電子
ビームが通過スリットｉを通過する時間を除いた時間だ
け、回転円盤２を照射することになるので、回転円盤２
の電子ビームによる損耗は低減されることになる。また
、電子ビームは、通過スリットが照射径路の手前に位置
している状態で、照射径路に移行し、通過スリットが照
射径路を過ぎた位置で、偏向されるので、その移行時に
回転円盤２の縁部に電子ビームによる走査痕を生じるだ
けで、試験片１に走査痕を残すことはない。

また計時ギヤ１２に長スリット１３を設け、これを第２
光センサ■６で検出するようにしたので、定常出力にあ
る電子ビームのみを通過スリット３を通して通過させる
ことができる。

以上のように、この電子ビーム装置は、電子ビームを試
験片１に、時間的にも、また熱量的にも精度よ（照射す
ることが可能であり、そのため核融合炉内で生じるプラ
ズマ・ディスラプション現象による核融合炉壁への熱流
束のシュミレーション試験に好適に用いることが可能で
ある。

次に、この発明の電子ビーム装置の第２実施例について
説明する。第２図はその原理を示したもので、電子ビー
ムの照射径路上に遮蔽部材としての第１回転円盤２ａを
配置し、この第１回転円盤２ａに電子ビームの通過を許
容する通過部としての第１通過円孔３ａが形成されてい
る。一方電子ビームの照射径路途中でかつ第１回転円盤
２ａの下方同軸上には照射阻止手段としての第２回転円
盤４ａが配置されており、この第２回転円盤４ａにも上
記第１通過円孔３ａと同一大きさで同一形状の第２通過
円孔１９が形成されている。第１回転円盤２ａと第２回
転円盤４ａとは互いにその回転数が異ならせてあり、第
１回転円盤２ａがｎ（ｎ＞］、）回転したときに第２回
転円盤４ａが１回転するようになされている。上記ｎの
値は電子ビームが定常出力に達するまでの時間を考慮し
決められる。さらに、第１通過円孔３ａと第２通過円孔
１９とが同軸上に位置するときにその軸が電子ビームの
照射径路と一致するようにされている。

上記電子ビーム装置においては、第１回転円盤２ａが回
転し、第１通過円孔３ａが照射径路上に位置したとき、
電子ビームはこの第１通過円孔３ａを通過するが、第２
回転円盤４ａの第２通過円孔Ｉ９は、上記第１通過円孔
３ａとは同軸上にないため、第２回転円盤４ａ自身を照
射している。これを複数回繰り返すうちに電子ビームの
出力は定常出力に達する。そして電子ビームの出力が定
常出力に達した後、第１通過円孔３ａと第２通過円孔１
９とが同軸上に位置するようになり、電子ビームはこれ
ら円孔３ａ、１９を通過して試験片を照射することにな
る。なおこの実施例においても第１実施例と略同様の効
果を奏することが可能である。ただしこの場合は前述の
第１実施例の場合と異なり、上方に位置する第１回転円
盤２ａの熱損傷が著しいため、これを適宜交換すること
が必要である。

以上、この発明の電子ビーム装置の実施例を説明したが
、この発明の電子ビーム装置は上記実施例に限定される
ものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施す
ることが可能である。例えば、上記第１実施例及び第２
実施例においては通過部としてそれぞれ通過スリット３
及び第１通過円孔３ａを採用したが、第１実施例と第２
実施例とで、これらを逆にしたものでもよい。また第１
実施例において計時ギヤ１２等のかわりに、他の方式の
円盤回転数のカウンタ機構を採用してもよい。

また上記実施例においては遮蔽部材として回転円盤２．
２ａを採用したが、回転しながら電子ビームを遮蔽し得
るものであれば円盤に限定する必要はない。

また上記実施例においては、電子ビームの照射を阻止す
る所定の時間を少なくとも電子ビームが定常出力に達す
るまでの時間と定めているが、複数の試験片を連続的に
照射するときは、１の試験片の照射から次の試験片の照
射までの時間と定めることも可能である。

（発明の効果） 本発明の電子ビーム装置は、通過部を有する遮蔽部材と
照射阻止手段とを併用しているので、電子ビームを照射
対象物に、時間的にも、また熱量的にも精度よく照射す
ることができ、そのため核融合炉内で生じるプラズマ・
ディスラプション現象□による核融合炉壁への表面熱流
束のシュミレーション試験に好適に用いることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電子ビーム装置の第１実施例を示す
斜視図、第２図はこの発明の電子ビーム装置の第２実施
例の概略説明図、第３図は本発明における電子ビームの
試験片１上での振動軌跡の概略図である。 １・・・試験片（照射対象物）、２・・・回転円盤（遮
蔽部材）、２ａ・・・第１回転円盤、３・・・通過スリ
ット（通過部）、３ａ・・・第１通過円孔、４・・・第
１偏向コイル、（照射阻止手段）、４ａ・・・第２回転
円盤。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、照射方向と垂直な平面内で縦横に振動しながら照射
   対象物（１）に照射される電子ビームの照射経路上に、
   回転しながら電子ビームを遮る遮蔽部材（２）（２ａ）
   を配置し、上記遮蔽部材（２）（２ａ）の一部に電子ビ
   ームの通過を許容する通過部（３）（３ａ）を設け、さ
   らに上記通過部（３）（３ａ）が電子ビームの照射径路
   上に位置したとしても所定時間内は電子ビームの照射対
   象物（１）に対する照射を阻止する照射阻止手段（４）
   （４ａ）を、電子ビームの照射経路途中に配置している
   ことを特徴とする電子ビーム装置。