JPS6355756B2 - - Google Patents

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JPS6355756B2
JPS6355756B2 JP56138481A JP13848181A JPS6355756B2 JP S6355756 B2 JPS6355756 B2 JP S6355756B2 JP 56138481 A JP56138481 A JP 56138481A JP 13848181 A JP13848181 A JP 13848181A JP S6355756 B2 JPS6355756 B2 JP S6355756B2
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JP
Japan
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gas
neutralization cell
neutral particle
ion source
particle injection
Prior art date
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JP56138481A
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JPS5842198A (en
Inventor
Yutaka Ito
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中性粒子入射装置に係り、特にプラズ
マ閉じ込め方式の核融合装置等に採用するに好適
な中性粒子入射装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a neutral particle injection device, and particularly to a neutral particle injection device suitable for use in a plasma confinement type nuclear fusion device.

第1図に従来の中性粒子入射装置の概略を示
す。該図において、1は気体を放電し放電中のイ
オンを引出し加速するイオン源、2はイオン源1
よりイオンだけを選択的に引出す引出加速電極、
3は引出されたイオンの電荷を中性化セルで中性
粒子入射装置用真空容器4内に収納されている。
中性粒子入射装置用真空容器4内にはビームダン
プ6及び内部を真空排気するクライオポンプ9が
収納され、クライオポンプ9は外部の冷凍設備1
0と接続されている。中性粒子入射装置用真空容
器4のイオン源1側とは反対側の端部は内部にプ
ラズマ12を収納している核融合装置用真空容器
11に接続される。5は供給ガス源13より中性
化セル3内にガスパルス導入弁を介してガスを供
給するガス導入系、8は高速中性子ビームの軌
跡、7は電荷交換をしなかつたイオンビームの軌
跡である。
FIG. 1 shows an outline of a conventional neutral particle injection device. In the figure, 1 is an ion source that discharges gas to extract and accelerate ions in the discharge, and 2 is an ion source 1.
Extraction acceleration electrode that selectively extracts only ions,
Reference numeral 3 denotes a cell for neutralizing the charges of extracted ions, which is housed in a vacuum container 4 for a neutral particle injection device.
A beam dump 6 and a cryopump 9 for evacuating the inside are housed in the vacuum chamber 4 for the neutral particle injection device, and the cryopump 9 is connected to the external refrigeration equipment 1.
Connected to 0. The end of the vacuum vessel 4 for a neutral particle injection device on the side opposite to the ion source 1 side is connected to a vacuum vessel 11 for a nuclear fusion device that houses a plasma 12 therein. 5 is a gas introduction system that supplies gas from the supply gas source 13 into the neutralization cell 3 via a gas pulse introduction valve; 8 is a trajectory of a fast neutron beam; and 7 is a trajectory of an ion beam without charge exchange. .

このような構成において、イオン源1から引出
された高速のイオンビームは、中性化セル3内部
に残留、浮遊する気体と衝突し電荷を失ない高速
の中性粒子線となり、ターゲツトとなるプラズマ
12に入射され、プラズマ12を加熱するもので
ある。
In such a configuration, the high-speed ion beam extracted from the ion source 1 collides with the gas remaining or floating inside the neutralization cell 3 to become a high-speed neutral particle beam that does not lose its charge, and the target plasma is 12 and heats the plasma 12.

ところで、中性化セル3内での中性化効率を良
くするために、供給ガス源13よりガス導入系5
を介して中性化セル3にガスを導入し、イオン源
1からの大エネルギーイオンビームを中性ガスと
衝突させ、中性粒子ビームを得るようにしてい
る。
By the way, in order to improve the neutralization efficiency within the neutralization cell 3, the gas introduction system 5 is connected to the supply gas source 13.
A gas is introduced into the neutralization cell 3 through the ion source 1, and the high-energy ion beam from the ion source 1 collides with the neutral gas to obtain a neutral particle beam.

しかし、通常は導入ガスの温度管理はしていな
いため、有効な中性化効率を得るためにはガス流
量を多くする必要がある。このため装置に付設さ
れる排気設備に対するガス負荷が増大し、設備が
巨大化する。また従来真空排気にクライオポンプ
9が使われているが、クライオパネルへの熱負荷
も増大し、冷凍設備容量が巨大なものになつてし
まう。
However, since the temperature of the introduced gas is not normally controlled, it is necessary to increase the gas flow rate in order to obtain effective neutralization efficiency. This increases the gas load on the exhaust equipment attached to the device, making the equipment huge. Furthermore, although a cryopump 9 has conventionally been used for vacuum evacuation, the heat load on the cryopanel also increases and the capacity of the refrigeration equipment becomes enormous.

即ち、中性化セル3には、イオン源1から引出
された高速イオンと残留ガスとを効果的に衝突さ
せるため、所定の圧力を確保する必要がある反
面、中性粒子ビーム引出し後は効率よくプラズマ
12に入射するため、超高真空としておく必要性
から大排気の排気装置が必要となる。中性化セル
3の圧力は、導入ガス量と上記排気速度との兼ね
合いで決まるが、中性化セル3でのガスの流れや
すさ(コンダクタンス)にも依存する。しかし、
この中性化セル3のコンダクタンスは幾何学的形
状により決定され、また、幾何学的形状はイオン
源他の要因で決まつてしまう。
That is, in order to effectively collide the high-speed ions extracted from the ion source 1 with the residual gas, the neutralization cell 3 needs to maintain a predetermined pressure. Because it often enters the plasma 12, it is necessary to maintain an ultra-high vacuum, which requires an exhaust system with a large exhaust capacity. The pressure in the neutralization cell 3 is determined by the amount of introduced gas and the above-mentioned pumping speed, but it also depends on the ease of gas flow (conductance) in the neutralization cell 3. but,
The conductance of this neutralization cell 3 is determined by its geometrical shape, and the geometrical shape is also determined by the ion source and other factors.

ここで中性化セル3として円筒を考えると、こ
のコンダクタンスCN1 ただし d:円筒の直径 l:円筒の長さ Mg:導入ガスの質量数 T:導入ガスの温度 である。
If we consider a cylinder as the neutralization cell 3, this conductance C N1 is where d: Diameter of cylinder l: Length of cylinder Mg: Mass number of introduced gas T: Temperature of introduced gas.

尚、ここでd、lは幾何学的形状で決まるもの
であり、大容量のビームを得るためにはdを大き
く、lを短くする方が好ましいし、Mgは目的と
する試験により決められるものである。
Note that d and l are determined by the geometrical shape, and in order to obtain a large-capacity beam, it is preferable to make d large and l short, and Mg is determined by the intended test. It is.

従つて、導入ガスの温度をできるだけ低い温度
とし、幾何学的形状的にはイオンビームの通り易
い状態のままでコンダクタンスCN1を低下させる
ことがひいてはガス供給量を低し、かつ、中性化
効率を上げることができる。
Therefore, the temperature of the introduced gas should be kept as low as possible, and the conductance C N1 should be lowered while keeping the geometrical shape easy for the ion beam to pass through, which in turn reduces the gas supply amount and neutralizes the gas. It can increase efficiency.

ところで、中性化セルのガス消費量対策の一案
として、中性化セル自体を低温に冷却することに
より中性化セル壁に衝突したガスの温度を下げ、
ガスの運動速度を下げようとする試みもあるが、
中性化セルはイオン源の引出し電極のすぐ後方に
設けられるもので、イオン源からの熱から充分な
冷却は構造上難しいものとなるばかりか、ガスと
中性化セルの繰返し衝突を期待しているので、効
率の点でも有効性がとぼしい。
By the way, as an idea to reduce the gas consumption of the neutralization cell, it is possible to lower the temperature of the gas colliding with the neutralization cell wall by cooling the neutralization cell itself to a low temperature.
Although there are attempts to reduce the speed of gas movement,
The neutralization cell is installed immediately behind the extraction electrode of the ion source, and not only is it structurally difficult to cool it sufficiently from the heat from the ion source, but it is also expected that the gas and the neutralization cell will repeatedly collide. Therefore, its effectiveness is low in terms of efficiency.

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、少ないガス供給量で中性化
セル中の圧力を保持すると共に、イオンビームの
中性化効率を向上させることのできる中性粒子入
射装置を提供するにある。
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to maintain the pressure in the neutralization cell with a small amount of gas supply and to improve the neutralization efficiency of the ion beam. The objective is to provide a neutral particle injection device that can be used.

本発明は気体を放電し放電中のイオンを引出し
加速するイオン源より引出加速電極を介して引出
されたイオンの軌道途中に設けられ、イオンの電
荷を中性化する中性化セル内へ外部よりガスを導
入するガス供給手段の途中にガス冷却装置を設
け、このガス冷却装置で冷却した後、ガスを中性
化セル内に導入することにより所期の目的を達成
するように成したものである。
The present invention is provided in the middle of the trajectory of ions extracted from an ion source that discharges gas and extracts and accelerates ions during the discharge via an extraction accelerating electrode, and is external to a neutralization cell that neutralizes the charge of the ions. A gas cooling device is installed in the middle of the gas supply means that introduces more gas, and after cooling with this gas cooling device, the gas is introduced into the neutralization cell to achieve the intended purpose. It is.

以下、図面の実施例に基づいて本発明を説明す
る。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用
する。
The present invention will be described below based on embodiments shown in the drawings. Incidentally, the same reference numerals are used for the same parts as in the past.

第2図に本発明の一実施例を示す。その概略構
成は従来のものとほとんど同様のためここでの詳
細説明は省略する。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. Since its schematic structure is almost the same as that of the conventional one, detailed explanation will be omitted here.

該図に示す本実施例では、中性化セル3内にガ
スを供給するガス導入系5の途中にガス冷却装置
14を設け、ガス源13より出た供給ガスは、ガ
ス冷却装置14を介して低温に冷却されガス導入
系5を通して中性化セル3内に導入されるように
したものである。このような本実施例とすること
により、低温ガスは常温ガスに比べ中性化セルに
留まつている時間が長くなるので、供給ガス量を
多くすることなく、中性化セル3中の圧力を保持
できると共にひいては、イオン源から引出される
イオンを効率よく中性化することが可能となる。
In this embodiment shown in the figure, a gas cooling device 14 is provided in the middle of the gas introduction system 5 that supplies gas into the neutralization cell 3, and the supplied gas coming out of the gas source 13 is passed through the gas cooling device 14. The gas is cooled to a low temperature and introduced into the neutralization cell 3 through a gas introduction system 5. By using this embodiment, the low temperature gas stays in the neutralization cell for a longer time than room temperature gas, so the pressure in the neutralization cell 3 can be reduced without increasing the amount of gas supplied. In addition to being able to retain the ions, it is also possible to efficiently neutralize the ions extracted from the ion source.

第3図及び第4図はガス冷却装置の一例を示
す。第3図に示すものはガス源13からのガスを
液化ガス容器15内に収納されている液化ガス1
6で冷却するようにしている。例えば液化ガスと
して液体窒素を使いれば、常温に比べコンダクタ
ンスは 即ち約1/2となり、ガス供給量の減少が図れる
とともに、クライオパネルへの熱負荷も減少でき
る。第4図に示すものは、ガス冷却装置14をヘ
リウムコンプレツサ17で圧縮されるヘリウム冷
凍機18で冷却しているもので、これによる効果
は第3図と同等、若しくはそれ以上の効果が期待
できる。
3 and 4 show an example of a gas cooling device. The one shown in FIG.
I try to cool it down at 6. For example, if liquid nitrogen is used as the liquefied gas, the conductance will be lower than that at room temperature. In other words, it becomes about 1/2, which makes it possible to reduce the gas supply amount and also reduce the heat load on the cryopanel. In the system shown in Fig. 4, the gas cooling device 14 is cooled by a helium refrigerator 18 compressed by a helium compressor 17, and the effect of this is expected to be equal to or greater than that shown in Fig. 3. can.

以上説明した本発明の中性粒子入射装置によれ
ば、中性化セル内へ外部よりガスを導入するガス
供給手段の途中にガス冷却装置を設け、このガス
冷却装置で冷却した後にガスを中性化セル内に導
入するようにしたものであるから、低温ガスが中
性化セル内に留まる時間が長くなるので、供給ガ
ス量を多くすることなく中性化セル内の圧力を保
持できると共に、イオン源から引出されるイオン
を効率よく中性化することが可能となり、此種中
性粒子入射装置に採用する場合には非常に有効で
ある。
According to the neutral particle injection device of the present invention described above, a gas cooling device is provided in the middle of the gas supply means that introduces gas into the neutralization cell from the outside, and after cooling with this gas cooling device, the gas is Since the low-temperature gas is introduced into the neutralization cell, the time that the low-temperature gas remains in the neutralization cell is extended, so the pressure inside the neutralization cell can be maintained without increasing the amount of gas supplied. This makes it possible to efficiently neutralize the ions extracted from the ion source, and is very effective when employed in this type of neutral particle injection device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の中性粒子入射装置を示す概略構
成図、第2図は本発明の中性粒子入射装置の一実
施例を示す概略構成図、第3図及び第4図は本発
明に採用されるガス冷却装置の一例を示す図であ
る。 1……イオン源、2……引出加速電極、3……
中性化セル、4……中性粒子入射装置真空容器、
5……ガス導入系、6……ビームダンプ、7……
イオン軌道、8……中性粒子軌道、9……クライ
オポンプ、10……冷凍設備、11……核融合装
置本体、12……プラズマ、13……ガス源、1
4……ガス冷却装置、15……液化ガス容器、1
6……液化ガス、17……ヘリウムコンプレツ
サ、18……ヘリウム冷凍機。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a conventional neutral particle injection device, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the neutral particle injection device of the present invention, and FIGS. It is a figure showing an example of the gas cooling device adopted. 1...Ion source, 2...Extraction acceleration electrode, 3...
Neutralization cell, 4...neutral particle injection device vacuum container,
5... Gas introduction system, 6... Beam dump, 7...
Ion orbit, 8... Neutral particle trajectory, 9... Cryopump, 10... Refrigeration equipment, 11... Nuclear fusion device main body, 12... Plasma, 13... Gas source, 1
4... Gas cooling device, 15... Liquefied gas container, 1
6...Liquefied gas, 17...Helium compressor, 18...Helium refrigerator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 気体を放電し放電中のイオンを引出し加速す
るイオン源と、該イオン源より引出加速電極を介
して引出されたイオンの軌道途上に設けられ、該
イオンの電荷を中性化するための中性化セルと、
該中性化セルで中性化された中性粒子を被入射装
置へ導く真空管と、前記中性化セルの途中に外部
よりガスを導入するガス供給手段とを備えた中性
粒子入射装置において、前記ガス供給手段の途中
にガス冷却装置を設け、該ガス冷却装置で冷却し
た後ガスを前記中性化セル内に導入することを特
徴とする中性粒子入射装置。 2 前記ガス冷却装置での冷却は液化ガスにより
行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の中性粒子入射装置。 3 前記ガス冷却装置をヘリウム冷凍機としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の中性
粒子入射装置。
[Scope of Claims] 1. An ion source that discharges a gas and extracts and accelerates the ions being discharged, and an ion source that is provided on the trajectory of the ions extracted from the ion source via an extraction accelerating electrode and that neutralizes the electric charge of the ions. A neutralization cell for sexualization,
A neutral particle injection device comprising: a vacuum tube that guides the neutral particles neutralized in the neutralization cell to the injection target device; and a gas supply means that introduces gas from the outside into the neutralization cell. . A neutral particle injection device, characterized in that a gas cooling device is provided in the middle of the gas supply means, and the gas is introduced into the neutralization cell after being cooled by the gas cooling device. 2. Claim 1, characterized in that cooling in the gas cooling device is performed using liquefied gas.
Neutral particle injection device described in Section 1. 3. The neutral particle injection device according to claim 1, wherein the gas cooling device is a helium refrigerator.
JP56138481A 1981-09-04 1981-09-04 Neutron particle incident unit Granted JPS5842198A (en)

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JPS5842198A JPS5842198A (en) 1983-03-11
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5866299A (en) * 1981-10-15 1983-04-20 株式会社東芝 Neutral particle incident device

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