JPS63248037A - 負イオン源 - 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〕 本発明は気体放電を利用した負イオン源に係り、特に、
核融合プラズマ追加熱用中性粒子ビーム入射装置などの
大量の負イオンビームを必要とするイオン源に関する。

Ｃ従来の技術〕 従来、気体放電を用いた水素負イオンの製造については
、レビューオブサイエンテイフイツクインストラメンテ
ーション　５７巻、３号（１９８６年）第３２１頁から
第３２４頁（Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、Ｉｎｓｔｒｕｍ。

５７　（３）　（１９８６）　ｐ　ｐ３２１−３２４）
に記載されている。これに記載された方法では、熱陰極
から放出された高速電子を用いて気体を電離・励起し、
さらに別の熱陰極を用いて負イオンを生成する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、熱陰極直流放電を用いて気体を電離・
励起しており、負イオン生成に対する電力効率が良くな
いばかりか、容器への熱負荷も大きく、フィラメント交
換の手間が必要であった。

本発明の目的は負イオン生成に対する電力効率をあげる
と共に、メンテナンスの手間を軽減することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、マイクロ波電力を用いて気体の電離・励起
を行い、これによって生成された励起状態の粒子に付着
確率の高いエネルギを持った電子を熱陰極から供給して
衝突させて負イオンを生成することにより達成される。

Ｃ作用ゴ マイクロ波電力を用いて気体の電離・励起を行うことは
、マイクロ波電力から電子に効率良くエネルギが与えら
れるばかりか、電子のエネルギが高くなる。また、マイ
クロ波放電ではプラズマ密度が高くできるため、負イオ
ン生成に必要な励起状態の粒子を得るのに好都合なプラ
ズマが生成でき、これらの粒子が効率良く生成できる。

また、併設した熱陰極は任意にバイアス電位を与えられ
るため、付着確率の高いエネルギで電子を放出でき、効
率良く負イオンを生成することができる。

このように、負イオン生成に必要な粒子を生成過程に見
合った方法で生成することで負イオン生成に対する電力
効率を向上することができる。

また、主放電をマイクロ波電力で行うことにより、熱陰
極交換のメインテナンスの手間を軽減することができる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

本実施例では、マイクロ波電力を発生、供給するための
マイクロ波回路と負イオンを生成するための真空容器と
負イオン引き出しのための引き出し電極により構成され
ている。

真空排気装置により排気された真空容器９内に気体を導
入しながら、発振器１により発生したマイクロ波電力（
例えば２．４５ＧＨｚ　）を、ダミーロード２、方向性
結合器３、スタブチューナ４、導波管５からマイクロ波
透過窓６を通して供給し、真空容器９の周囲に設けられ
た永久磁石８の作る磁場との相互作用（電子サイクロト
ロン共鳴）を利用して、気体の電離・励起を行い、プラ
ズマを生成する。このプラズマが存在するプラズマ室７
は、マイクロ波電力の供給される側からホーン状に拡が
った金属容器により形成されている。マイクロ波電力が
更に伝搬するのを防ぐため、マイクロ波の波長より目の
細いメツシュで構成された遮蔽板１１をプラズマ室７に
隣接して置き、遮蔽板１１のプラズマ室７と反対側に隣
接して、永久磁石１２を置き磁気フィルタを形成する。

永久磁石１２の置かれた側に角柱の容器で囲まれた負イ
オン生成室１４を形成し、永久磁石１２に隣接して、タ
ングステンなどの熱電子放出可能な熱陰極１３を配置す
る。熱陰極１３から放出された電子は、プラズマ室７よ
り流出してくる励起状態の粒子と付着確率の高いエネル
ギで衝突し、負イオンを生成する。このため熱陰極１３
は周囲の空間電位に対し、バイアス電圧が加えられてお
り、しかも、電子のエネルギ幅が小さくなるように電子
放出時に両端電位差が２ｖ程度以下となるような長さの
線を数本波べて構成されている。負イオン生成室１４で
生成された負イオンは、負イオン生成室１４に隣接して
置かれたイオン引き出し電極群１５により引き出される
。

真空容器９の負イオン生成室１４の周囲に永久磁石１０
を第２図のようなマルチカスプ磁場を形成するように配
置することにより、負イオンが磁場で閉じ込められ、よ
り多量の負イオンを引き出すことができる。

本発明の他の実施例を第９図により説明する。

本実施例では、プラズマ室９の周囲に置く磁場発生装置
にコイル１６を用いたものである。コイル１６は、永久
磁石１２の所で径方向の磁力線が発生するように配置さ
れている。これにより永久磁石１２を除いてもこの領域
に磁気フィルタが形成される。

以上の本実施例によれば、負イオン生成に必要な粒子を
作るのに、励起状態の粒子はマイクロ波放電を利用し、
付着確率の高いエネルギを持った電子は熱陰極により供
給するため、負イオン生成に対する電力効率を向上でき
る効果がある。

本発明の他の実施例を第４図により説明する。

本実施例では、負イオン源の大口径化に対応するもので
、マイクロ波電力発生・供給系及びプラズマ室を二個づ
つ以上設け、それぞれのプラズマ室７に隣接して磁気フ
ィルタ用の永久磁石１２及び熱陰極１３を配置し、一つ
の大きな負イオン生成室１４が形成されている。この場
合、負イオン生成室１４に対して、負イオンが拡散し一
様な′分布となるように引き出し電極群１５が配置され
ていなければならない。

本発明の他の実施例を第５図により説明する。

本実施例では、マイクロ波電力発生・供給系及びプラズ
マ室を複数個もち、それぞれのプラズマ室７に隣接して
遮蔽板１１が配置されており、マルチカスプ磁場と同様
の磁場を発生する永久磁石１０に囲まれた空間１７に、
励起状態の粒子が拡散して存在している。空間１７に隣
接して磁気フィルタを形成する永久磁石１２と熱陰極１
３が配置され大面積で負イオンが生成される。この実施
例では、遮蔽板１１は、プラズマ室７に隣接した部分で
はなく、永久磁石１２に隣接した部分に配置しても良い
。

これら実施例によれば、マイクロ波電力を数多くの供給
系により注入することができ、大面積で励起状態の粒子
を生成できる。これにより、大面積の負イオン源生成に
効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力効率を向上することができ、また
、主放電をマイクロ波電力により行っているため、メン
テナンスを軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は、第１
図のｎ−ｎ矢視断面図、第３図は本発明の他の実施例の
縦断面図、第４図、第５図は本発明の大口径化に対する
実施例の縦断面図である。 鴫２図　　　　　　　　系３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気体放電を利用する負イオン源において、マイクロ
   波電力を供給するためのマイクロ波発振器とマイクロ波
   伝送回路とを持つマイクロ波電力の供給装置と、内部に
   前記マイクロ波電力により気体を電離・励起しプラズマ
   を生成するためのプラズマ室と励起状態の粒子に電子を
   付着させ負イオンを生成するための負イオン生成室とを
   設けた容器と、前記負イオン生成室内に付着確率の高い
   エネルギの電子を供給するために、周辺の空間電位に対
   しバイアスされた熱陰極と、前記容器の前記プラズマ室
   内に電子サイクロトロン共鳴領域を生成するために前記
   プラズマ室の周囲に置かれた磁場発生装置と、負イオン
   を引き出すために前記負イオン生成室に隣接して配置さ
   れたイオン引き出し電極群とからなることを特徴とする
   負イオン源。 ２、前記容器内の前記負イオン生成室に前記マイクロ波
   電力の伝搬を防ぐための遮蔽板を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の負イオン源。 ３、前記負イオン生成室の周囲に負イオンを効率良く閉
   じ込め、マルチカスプ磁場を発生させるための永久磁石
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の負イオン源。 ４、前記負イオン生成室に前記プラズマ室からの高速電
   子の流入を抑制するために、前記熱陰極に隣接して前記
   負イオン生成室内に永久磁石を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の負イ
   オン源。