KR102071098B1 - 양자빔 생성 장치, 양자빔 생성 방법 및 레이저 핵융합 장치 - Google Patents

양자빔 생성 장치, 양자빔 생성 방법 및 레이저 핵융합 장치 Download PDF

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Abstract

자동적으로 연속하여 양자빔 생성을 행할 수 있는 양자빔 생성 장치와 양자빔 생성 방법과, 레이저 핵융합 장치를 제공한다. 타깃(2a)을 챔버(3a)에 공급하는 타깃 공급 장치(4a)와, 챔버(3a)의 내측에 있는 타깃(2a)을 감시하는 타깃 감시 장치(5a)와, 챔버(3a)의 내측에 있는 타깃(2a)에 레이저광(8a)을 조사하는 레이저광 조사 장치(6a)와, 제어 장치(7a)를 구비한다. 타깃 공급 장치(4a)는, 제어 장치(7a)에 의해 제어되는 출사 타이밍에서 타깃(2a)을 챔버(3a)의 내측에 있어서의 미리 설정된 출사 방향(3d)으로 출사하고, 제어 장치(7a)는, 레이저광(8a)의 조사점(4d)을 산출하고, 조사점(4d)에의 타깃(2a)의 도달 타이밍을 산출하고, 조사점(4d)과 도달 타이밍에 기초하여 레이저광 조사 장치(6a)에 레이저광을 조사시킨다.

Description

양자빔 생성 장치, 양자빔 생성 방법 및 레이저 핵융합 장치{DEVICE FOR QUANTUM BEAM GENERATION, METHOD FOR QUANTUM BEAM GENERATION, AND DEVICE FOR LASER FUSION}
본 발명은, 양자빔 생성 장치와 양자빔 생성 방법과 레이저 핵융합 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 제어된 핵 융합 반응으로부터 에너지를 취출하기 위한 시스템을 개시한다. 이 시스템은, 핵 융합 타깃 재료를 수용하기 위한 타깃실을 포함한다. 제어된 핵 융합 반응을 발생시키기 위해 타깃실 내의 타깃 재료에 에너지를 공급하고, 핵 융합 플라즈마 및 열의 형태로 에너지를 방출하기 위해, 복수의 에너지·드라이버가 타깃실의 주위에 배치되어 있다. 핵 융합 반응으로부터 에너지를 취출하기 위한 복수의 구조가 마련되어 있다. 이들 구조는, 핵 융합 플라즈마로부터 고압 전류 전력을 취출하기 위한 장치와, 타깃실로부터 열 에너지를 취출하기 위한 수단을 구비한다. 에너지·드라이버에 대한 전력은, 핵 융합 반응으로부터 취출되는 고압 직류 전력으로부터 공급할 수 있다. 이 에너지·드라이버는, 유체역학적 불안정성을 방지하기 위해, 핵 융합 반응을 발생시키기 위한 구동 에너지의 파면에 원하는 형상을 부여하기 위한 아포다이징·필터를 사용한다.
특허문헌 2는, 타깃에 레이저광을 조사하여 플라즈마화하고, 그 때에 발생하는 EUV 광을 출력으로서 취출하는 레이저 플라스마 EUV 광원을 개시한다. 이 레이저 플라스마 EUV 광원은, 타깃으로서, 레이저광의 집광 직경과 대략 동등한 치수의 판상 타깃을 사용하고 있다. 슬릿 형상의 개구를 갖는 노즐로부터 원판의 방향을 정렬시켜 타깃을 분출한다. 타깃은 가스류에 태워 반송된다. 이 예에서는 He 가스를 사용하고 있다. 노즐의 외부는 고진공으로 유지되어 있으므로, 노즐로부터 방출된 타깃은, 그대로의 자세로, 레이저광의 조사 위치에 도달한다. 타깃의 공급과 동기시켜 Nd:YAG 레이저 광원으로부터 펄스 레이저 광을 렌즈로 집광하여 타깃에 조사한다. 레이저의 스폿 직경은 타깃의 직경과 같은 1㎜로 되고, 그 두께는 1000㎚ 이하이다. 따라서, 타깃의 대략 전부가 플라즈마화되어, debris의 발생이 억제됨과 함께, 변환 효율이 높아진다.
비특허문헌 1은, 리니어 서보식 및 에어건식의 긴 타깃 가속 기구를 이용한 기술을 개시한다. 비특허문헌 2는, 서보식의 타깃 가속 기구의 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공표 제2009-539117호 공보 일본 재공표 특허 제2006/075535호 공보
"4.타깃 제조·인젝션계 설계", 노리마츠 다카요시, 엔도 다쿠마, 요시다 히로키, 이와모토 아키후미, J.Plasma Fusion Res. Vol82, No12(2006)829-835 GENERAL ATOMICS사의 카탈로그 "IFT Catalog", "11.INTERIAL FUSION ENERGY", URL:http://www.ga.com/media/GA/energy/IFT_Catalog.pdf
상기와 같은 종래의 양자빔 생성 장치는, 양자빔을 자동적으로 연속적으로 생성할 수 있는 것으로는 되어 않지 않다. 따라서, 본 발명의 목적 중 하나로서는, 상기한 사항에 비추어 이루어진 것이며, 예를 들어, 자동적으로 연속하여 양자빔 생성을 행할 수 있는 양자빔 생성 장치와 양자빔 생성 방법과 레이저 핵융합 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 관한 양자빔 생성 장치는, 타깃이 양자빔 생성 반응을 일으키는 챔버와, 상기 타깃을 상기 챔버에 공급하는 타깃 공급 장치와, 상기 챔버의 내측에 있는 상기 타깃을 감시하는 타깃 감시 장치와, 상기 챔버의 내측에 있는 상기 타깃에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치와, 상기 타깃 감시 장치에 의한 감시 결과에 기초하여, 상기 타깃 공급 장치와 상기 레이저광 조사 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 타깃 공급 장치는, 상기 타깃을 출사하는 출사구를 구비하고, 상기 제어 장치에 의해 제어되는 출사 타이밍에서, 상기 타깃을, 상기 챔버의 내측에 있어서의 미리 설정된 출사 방향으로, 상기 출사구로부터 출사하고, 상기 타깃 감시 장치는, 위치 검출기와 시간 검출기를 구비하고, 상기 위치 검출기는, 감시 영역에 있어서의 상기 타깃의 통과 위치를 검출하여, 상기 통과 위치를 나타내는 위치 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고, 상기 감시 영역은, 상기 챔버의 내측에 있어서 상기 출사 방향에 교차하는 위치에, 미리 설정되고, 상기 통과 위치는, 상기 출사 방향에 수직인 면 내에 있어서의 위치를 나타내고, 상기 시간 검출기는, 상기 타깃이 상기 감시 영역에 입사하는 입사 시간과 상기 타깃이 상기 감시 영역을 출사하는 출사 시간을 측정하여, 상기 입사 시간을 나타내는 입사 시간 정보와 상기 출사 시간을 나타내는 출사 시간 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고, 상기 레이저광 조사 장치는, 레이저광 출력기와 집광 광학 장치를 구비하고, 상기 레이저광 출력기는, 상기 제어 장치에 의한 제어 하에서, 레이저광을 출력하고, 상기 집광 광학 장치는, 상기 레이저광 출력기로부터 출력되는 레이저광을, 상기 제어 장치에 의한 제어에 기초하여, 집광하고, 상기 제어 장치는, 상기 위치 정보를 이용하여, 레이저광의 조사점을 산출하고, 상기 조사점에 기초하는 집광 제어 정보를, 상기 집광 광학 장치에 송신하고, 상기 감시 영역의 폭과, 상기 입사 시간 정보와, 상기 출사 시간 정보와, 상기 감시 영역으로부터 조사점까지의 거리를 이용하여, 상기 조사점에의 타깃의 도달 타이밍을 산출하고, 상기 도달 타이밍에 기초하는 레이저 제어 정보를, 상기 레이저광 출력기에 송신하고, 상기 집광 제어 정보는, 상기 레이저광 출력기로부터의 레이저광을 상기 조사점에 집광하도록 상기 집광 광학 장치를 제어하기 위한 정보이며, 상기 레이저 제어 정보는, 상기 도달 타이밍에서 레이저광을 출력하도록 상기 레이저광 출력기를 제어하기 위한 정보이다. 이와 같이, 제어 장치에 의해 제어되는 출사 타이밍에서, 양자빔 생성 반응을 일으키는 타깃이, 타깃 공급 장치에 의해 챔버의 내측에 공급되고, 챔버의 내측에 있어서의 타깃의 운동은, 타깃 감시 장치에 의해 감시되고, 제어 장치는, 이 감시 결과에 기초하여, 타깃에 레이저광을 조사한다. 따라서, 타깃의 공급과, 타깃에의 레이저광의 조사가, 제어 장치에 의해, 자동적으로 행해지므로, 제어 장치에 의한 제어에 의해, 연속적인 양자빔 생성이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 양자빔 생성 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 복수의 상기 타깃을, 순차적으로, 주기적으로, 상기 출사구로부터 출사하도록, 상기 타깃 공급 장치를 제어한다. 따라서, 제어 장치에 의한 제어에 의해, 주기적이고 연속적인 양자빔 생성이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 양자빔 생성 장치에 있어서, 상기 타깃 공급 장치는, 지지대와 원판과 탱크와 구동 장치를 구비하고, 상기 지지대는, 주면과 이면과 출사 구멍을 구비하고, 상기 출사 구멍은, 상기 타깃의 통과가 가능한 직경을 구비하고, 상기 출사구를 구비하고, 상기 주면으로부터 상기 이면에 관통하고, 상기 원판은, 당해 원판의 테두리를 따라, 미리 설정된 간격으로, 복수의 관통 구멍을 구비하고, 상기 원판의 중심은, 상기 관통 구멍이 상기 출사 구멍과 겹치도록, 상기 주면에 대해 회전 가능하게 보유 지지되고, 상기 관통 구멍은, 상기 주면 상에 있어서 상기 타깃을 수용 가능하고, 상기 탱크는, 본체와 공급관을 구비하고, 상기 원판 상에 배치되고, 상기 본체는, 복수의 상기 타깃을 저장 가능하고, 상기 공급관은, 상기 타깃의 통과가 가능한 직경을 구비하고, 상기 본체에 접속되고, 복수의 상기 관통 구멍의 모든 중심을 통과하는 원주 상에 배치되고, 상기 구동 장치는, 회전축과 모터를 구비하고, 상기 회전축은, 상기 원판의 중심에 있어서, 상기 원판에 고정되어, 상기 원판과 함께 회전 가능하고, 상기 모터는, 상기 회전축에 접속되고, 상기 제어 장치에 의한 제어 하에서, 상기 회전축을 회전시킨다. 따라서, 타깃이 등간격으로 배치된 원판을 회전시킴으로써, 타깃을 순차적으로 챔버에 공급할 수 있다. 따라서, 타깃이 등간격으로 배치된 원판을 사용함으로써, 주기적 및 연속적인 양자빔 생성을, 실현할 수 있다.
본 발명의 일측면에 관한 양자빔 생성 장치에 있어서, 상기 구동 장치는, 센서를 구비하고, 상기 센서는, 상기 회전축의 회전수와 상기 회전축의 축 위치를 검출하여, 상기 회전수와 상기 축 위치를 나타내는 회전 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고, 상기 제어 장치는, 상기 회전 정보에 기초하여, 상기 원판의 회전 운동을 제어하고, 상기 축 위치는, 상기 회전축의 회전 방향에 있어서의 위치이다. 이와 같이, 센서를 사용하여, 원판의 회전 상태를 인식할 수 있으므로, 제어 장치는, 임의로 설정하는 주기로 원판을 회전시킬 수 있다. 따라서, 임의로 설정하는 주기로, 연속적으로 양자빔 생성이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 양자빔 생성 장치에 있어서, 상기 타깃 공급 장치는, 출사 보조기를 구비하고, 상기 출사 보조기는, 상기 출사 구멍 상에 배치되고, 상기 제어 장치에 의한 제어 하에서, 상기 출사 구멍에 있는 상기 타깃에 대해 상기 출사 방향을 향해 가압하는 것이 가능하고, 상기 제어 장치는, 상기 회전 정보에 기초하여, 상기 원판의 회전에 수반하여 상기 원판의 상기 관통 구멍이 상기 출사 구멍에 겹치는 가압 타이밍을 산출하고, 상기 가압 타이밍에 기초하는 가압 제어 정보를, 상기 출사 보조기에 송신하고, 상기 가압 제어 정보는, 상기 가압 타이밍에서 가압하도록 상기 출사 보조기를 제어하기 위한 정보이다. 출사 보조기에 의해, 타깃이 강제적으로 출사되므로, 출사 타이밍임에도 불구하고, 출사가 행해지지 않는다고 하는 사태를, 방지할 수 있다. 또한, 고속도로 타깃을 출사할 수 있기 때문에, 저온으로 냉각된 타깃을 사용한 경우에 있어서도, 온도를 유지한 상태로 단시간 내에 조사점까지 공급하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 양자빔 생성 방법은, 양자빔 생성을 발생시키는 타깃을 챔버의 내측에 출사하는 출사 공정과, 상기 챔버의 내측에 있어서의 레이저광의 조사점을 예측하는 예측 공정과, 레이저광의 조사를 준비하는 준비 공정과, 레이저광을 출력하는 출력 공정을 구비하고, 상기 출사 공정에서는, 상기 타깃을, 제어 가능한 출사 타이밍에서, 상기 챔버의 내측에 있어서의 미리 설정된 출사 방향으로, 출사하고, 상기 예측 공정에서는, 감시 영역에 있어서의 타깃의 통과 위치를 검출하고, 상기 타깃이 상기 감시 영역에 입사하는 입사 시간과 상기 타깃이 상기 감시 영역을 출사하는 출사 시간을 측정하고, 상기 통과 위치를 이용하여, 상기 조사점을 산출하고, 상기 감시 영역의 폭과, 상기 입사 시간과, 상기 출사 시간과, 상기 감시 영역으로부터 상기 조사점까지의 거리를 이용하여, 상기 조사점에의 상기 타깃의 도달 타이밍을 산출하고, 상기 감시 영역은, 상기 챔버의 내측에 있어서 상기 출사 방향에 교차하는 위치에, 미리 설정되고, 상기 통과 위치는, 상기 출사 방향에 수직인 면 내에 있어서의 위치를 나타내고, 상기 준비 공정에서는, 상기 조사점에 레이저광을 집광할 수 있도록 하고, 상기 출력 공정에서는, 상기 도달 타이밍에 레이저광을 출력한다. 이와 같이, 제어 가능한 출사 타이밍에서, 양자빔 생성 반응을 일으키는 타깃이, 챔버의 내측에 공급되고, 챔버의 내측에 있어서의 타깃의 운동은 감시되고, 이 감시 결과에 기초하여, 타깃에 레이저광이 조사된다. 따라서, 타깃의 공급과, 타깃에의 레이저광의 조사가, 자동적으로 행해지므로, 연속적인 양자빔 생성이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 양자빔 생성 방법에 있어서, 상기 출사 공정에서는, 복수의 상기 타깃을, 순차적으로, 주기적으로, 출사한다. 따라서, 주기적이고 연속적인 양자빔 생성이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 레이저 핵융합 장치는, 타깃이 핵 융합 반응을 일으키는 챔버와, 상기 타깃을 상기 챔버에 공급하는 타깃 공급 장치와, 상기 챔버의 내측에 있는 상기 타깃을 감시하는 타깃 감시 장치와, 상기 챔버의 내측에 있는 상기 타깃에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치와, 상기 타깃 감시 장치에 의한 감시 결과에 기초하여, 상기 타깃 공급 장치와 상기 레이저광 조사 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 타깃 공급 장치는, 상기 타깃을 출사하는 출사구를 구비하고, 상기 제어 장치에 의해 제어되는 출사 타이밍에서, 상기 타깃을, 상기 챔버의 내측에 있어서의 미리 설정된 출사 방향으로, 상기 출사구로부터 출사하고, 상기 타깃 감시 장치는, 위치 검출기와 시간 검출기를 구비하고, 상기 위치 검출기는, 감시 영역에 있어서의 상기 타깃의 통과 위치를 검출하여, 상기 통과 위치를 나타내는 위치 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고, 상기 감시 영역은, 상기 챔버의 내측에 있어서 상기 출사 방향에 교차하는 위치에, 미리 설정되고, 상기 통과 위치는, 상기 출사 방향에 수직인 면 내에 있어서의 위치를 나타내고, 상기 시간 검출기는, 상기 타깃이 상기 감시 영역에 입사하는 입사 시간과 상기 타깃이 상기 감시 영역을 출사하는 출사 시간을 측정하여, 상기 입사 시간을 나타내는 입사 시간 정보와 상기 출사 시간을 나타내는 출사 시간 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고, 상기 레이저광 조사 장치는, 레이저광 출력기와 집광 광학 장치를 구비하고, 상기 레이저광 출력기는, 상기 제어 장치에 의한 제어 하에서, 레이저광을 출력하고, 상기 집광 광학 장치는, 상기 레이저광 출력기로부터 출력되는 레이저광을, 상기 제어 장치에 의한 제어에 기초하여, 집광하고, 상기 제어 장치는, 상기 위치 정보를 이용하여, 레이저광의 조사점을 산출하고, 상기 조사점에 기초하는 집광 제어 정보를, 상기 집광 광학 장치에 송신하고, 상기 감시 영역의 폭과, 상기 입사 시간 정보와, 상기 출사 시간 정보와, 상기 감시 영역으로부터 조사점까지의 거리를 이용하여, 상기 조사점에의 타깃의 도달 타이밍을 산출하고, 상기 도달 타이밍에 기초하는 레이저 제어 정보를, 상기 레이저광 출력기에 송신하고, 상기 집광 제어 정보는, 상기 레이저광 출력기로부터의 레이저광을 상기 조사점에 집광하도록 상기 집광 광학 장치를 제어하기 위한 정보이며, 상기 레이저 제어 정보는, 상기 도달 타이밍에서 레이저광을 출력하도록 상기 레이저광 출력기를 제어하기 위한 정보이며, 상기 타깃의 재료는, 수소 동위체를 포함하는 재료이다. 이와 같이, 제어 장치에 의해 제어되는 출사 타이밍에서, 핵 융합 반응을 일으키는 타깃이, 타깃 공급 장치에 의해 챔버의 내측에 공급되고, 챔버의 내측에 있어서의 타깃의 운동은, 타깃 감시 장치에 의해 감시되고, 제어 장치는, 이 감시 결과에 기초하여, 타깃에 레이저광을 조사한다. 따라서, 타깃의 공급과, 타깃에의 레이저광의 조사가, 제어 장치에 의해, 자동적으로 행해지므로, 제어 장치에 의한 제어에 의해, 연속적인 핵 융합 반응이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 따르면, 자동적으로 연속하여 양자빔 생성을 행할 수 있는 양자빔 생성 장치와 양자빔 생성 방법과, 레이저 핵융합 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 양자빔 생성 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 관한 양자빔 생성 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 실시 형태에 관한 양자빔 생성 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 4는 실시 형태에 관한 양자빔 생성 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서, 가능한 경우에는, 동일 요소에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 실시 형태에 관한 양자빔 생성 장치(1a)의 구성을 설명한다. 도 1 및 도 2는, 모두, 양자빔 생성 장치(1a)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
양자빔 생성 장치(1a)는, 챔버(3a)와, 타깃 공급 장치(4a)와, 타깃 감시 장치(5a)와, 레이저광 조사 장치(6a)와, 제어 장치(7a)를 구비한다. 챔버(3a)는, 타깃(2a)이 양자빔 생성 반응을 일으키는 공간을 획정한다. 타깃 공급 장치(4a)는, 타깃(2a)을 챔버(3a)에 공급한다. 타깃 감시 장치(5a)는, 챔버(3a)의 내측에 있는 타깃(2a)을 감시한다. 레이저광 조사 장치(6a)는, 챔버(3a)의 내측에 있는 타깃(2a)에 레이저광(8a)을 조사한다. 제어 장치(7a)는, 타깃 감시 장치(5a)에 의한 감시 결과에 기초하여, 타깃 공급 장치(4a)와 레이저광 조사 장치(6a)를 제어한다.
타깃 공급 장치(4a)는, 타깃(2a)을 출사하는 출사구(9b)를 구비한다. 타깃 공급 장치(4a)는, 제어 장치(7a)에 의해 제어되는 출사 타이밍에서, 타깃(2a)을, 챔버(3a)의 내측에 있어서의 미리 설정된 출사 방향(3d)으로, 출사구(9b)로부터 출사한다.
타깃 공급 장치(4a)는, 지지대(9a)와 원판(10a)과 탱크(1b)와 구동 장치(2b)를 구비한다. 지지대(9a)는, 주면(4b)과 이면(5b)과 출사 구멍(8b)을 구비한다. 출사 구멍(8b)은, 타깃(2a)의 통과가 가능한 직경을 구비한다. 출사 구멍(8b)은, 출사구(9b)를 구비한다. 출사 구멍(8b)은, 주면(4b)으로부터 이면(5b)에 관통한다. 출사구(9b)는, 이면(5b) 측의 개구이다.
원판(10a)은, 원판(10a)의 테두리(7b)를 따라, 미리 설정된 간격(예를 들어, 등간격)으로, 복수의 관통 구멍(6b)을 구비한다. 원판(10a)의 중심(10b)은, 관통 구멍(6b)이 출사 구멍(8b)과 겹치도록, 주면(4b)에 대해 회전 가능하게 보유 지지된다. 관통 구멍(6b)은, 주면(4b) 상에 있어서 타깃(2a)을 수용 가능하다.
탱크(1b)는, 본체(1c)와 공급관(2c)을 구비한다. 탱크(1b)는, 원판(10a) 상에 배치된다. 본체(1c)는, 복수의 타깃(2a)을 저장 가능하다. 공급관(2c)은, 타깃(2a)의 통과가 가능한 직경을 구비한다. 공급관(2c)은, 본체(1c)에 접속된다. 공급관(2c)은, 복수의 관통 구멍(6b)의 모든 중심을 통과하는 원주(10b1) 상에 배치된다.
구동 장치(2b)는, 회전축(4c)과 모터(3c)를 구비한다. 회전축(4c)은, 원판(10a)의 중심(10b)에 있어서, 원판(10a)에 고정되고, 원판(10a)과 함께 회전 가능하다. 모터(3c)는, 회전축(4c)에 접속된다. 모터(3c)는, 제어 장치(7a)에 의한 제어 하에서, 회전축(4c)을 회전시킨다.
구동 장치(2b)는, 센서(5c)를 구비한다. 센서(5c)는, 회전축(4c)의 회전수와 회전축(4c)의 축 위치를 검출한다. 센서(5c)는, 회전축(4c)의 회전수와 회전축(4c)의 축 위치를 나타내는 회전 정보(1e)를, 제어 장치(7a)에 송신한다. 회전축(4c)의 축 위치는, 회전축(4c)의 회전 방향에 있어서의 위치이다. 본 실시 형태에 있어서, 정보라 함은, 제어 장치(7a)의 CPU가 판독 가능한 전자 데이터를 의미한다.
타깃 공급 장치(4a)는, 출사 보조기(3b)를 구비한다. 출사 보조기(3b)는, 출사 구멍(8b) 상에 배치된다. 출사 보조기(3b)는, 제어 장치(7a)에 의한 제어 하에서, 출사 구멍(8b) 상에 있는 타깃(2a)에 대해, 출사 방향(3d)을 향해 가압하는 것이 가능하다. 출사 보조기(3b)는, 예를 들어, 가스를 출사 방향(3d)을 향해 분사함으로써, 타깃(2a)을 가압한다.
타깃 감시 장치(5a)는, 위치 검출기(7c)와 시간 검출기(6c)를 구비한다. 위치 검출기(7c)는, 예를 들어, 하나 또는 복수의 촬상 장치(카메라)이다. 위치 검출기(7c)는, 감시 영역(2d)에 있어서의 타깃(2a)의 통과 위치를 검출하여, 이 통과 위치를 나타내는 위치 정보(6e)를, 제어 장치(7a)에 송신한다. 위치 검출기(7c)는, 예를 들어, 입사 시간 정보(4e)에 기초하여, 타깃(2a)이 감시 영역(2d)에 입사한 타이밍에서, 타깃(2a)의 통과 위치를 검출한다. 감시 영역(2d)은, 챔버(3a)의 내측에 있어서 출사 방향(3d)에 교차하는 위치에, 미리 설정된다. 위치 검출기(7c)에 의해 검출되는 통과 위치는, 출사 방향(3d)에 수직인 면 내[도 2에 도시하는 기준면(3f)에 평행한 면]에 있어서의 위치를 나타낸다. 시간 검출기(6c)는, 타깃(2a)이 감시 영역(2d)에 입사하는 입사 시간과 타깃(2a)이 감시 영역(2d)을 출사하는 출사 시간을 측정한다.
시간 검출기(6c)는, 입사 시간을 나타내는 입사 시간 정보(4e)와 출사 시간을 나타내는 출사 시간 정보(5e)를, 제어 장치(7a)에 송신한다. 시간 검출기(6c)는, 예를 들어, 포토 센서이다. 시간 검출기(6c)는, 발광 소자(8c)와 발광 소자(9c)와 수광 소자(10c)와 수광 소자(1d)를 구비한다. 수광 소자(10c)는, 발광 소자(8c)가 발광하는 광을 수광한다. 수광 소자(1d)는, 발광 소자(9c)가 발광하는 광을 수광한다. 수광 소자(10c)는, 수광한 광신호를 전기 신호로 변환하고, 이 전기 신호를, 입사 시간 정보(4e)로서, 제어 장치(7a)에 송신한다. 수광 소자(1d)는, 수광한 광신호를 전기 신호로 변환하고, 이 전기 신호를, 출사 시간 정보(5e)로서, 제어 장치(7a)에 송신한다. 감시 영역(2d)은, 발광 소자(8c)가 발광하는 광의 진로와, 발광 소자(9c)가 발광하는 광의 진로에 의해, 획정된다. 타깃(2a)이 감시 영역(2d)에 입사한 경우, 수광 소자(10c)가 출력하는 전기 신호[입사 시간 정보(4e)]는, 감시 영역(2d)에의 타깃(2a)의 입사를 나타내는 값을 취한다. 타깃(2a)이 감시 영역(2d)으로부터 출사한 경우, 수광 소자(1d)가 출력하는 전기 신호[출사 시간 정보(5e)]는, 감시 영역(2d)으로부터의 타깃(2a)의 출사를 나타내는 값을 취한다. 발광 소자(8c)와 발광 소자(9c)는, 예를 들어, 모두, 발광 다이오드이다. 수광 소자(10c)와 수광 소자(1d)는, 예를 들어, 모두, 포토 다이오드이다. 여기서, 시간 검출 복기(6c)는, 복수의 촬상 장치 혹은 고속도 촬영이 가능한 촬상 장치여도 된다.
레이저광 조사 장치(6a)는, 레이저광 출력기(5d)와 집광 광학 장치(6d)를 구비한다. 레이저광 출력기(5d)는, 제어 장치(7a)에 의한 제어 하에서, 레이저광(8a)을 출력한다. 레이저광 출력기(5d)는, 레이저 광원(9d)과 셔터(10d)를 구비한다. 레이저 광원(9d)은, 레이저 제어 정보(9e)에 의하지 않고, 수 10㎒의 반복율로 레이저광을 발광한다. 레이저광 출력기(5d)는, 수 10㎒의 반복율로 발광하고 있는 레이저 펄스열 중으로부터, 레이저 제어 정보(9e)에 기초하여, 레이저 펄스를 선택하고, 셔터(10d)를 구동한다. 레이저광 출력기(5d)는, 레이저 제어 정보(9e)에 기초하여, 발광의 지시인 경우에는, 셔터(10d)를 열고, 발광을 행하지 않는 지시인 경우에는, 셔터(10d)를 폐쇄한다.
집광 광학 장치(6d)는, 레이저광 출력기(5d)로부터 출력되는 레이저광(8a)을, 제어 장치(7a)에 의한 제어에 기초하여, 집광한다. 집광 광학 장치(6d)는, 복수의 미러, 예를 들어, 미러(7d)와 미러(8d)를 구비한다. 집광 광학 장치(6d)는, 집광 제어 정보(8e)에 기초하여, 예를 들어, 미러(7d)와 미러(8d)의 배치를 이동한다.
제어 장치(7a)는, 회전 정보(1e)에 기초하여, 원판(10a)의 회전시에 원판(10a)의 관통 구멍(6b)이 출사 구멍(8b)에 겹치는 타이밍(가압 타이밍)을, 산출한다. 제어 장치(7a)는, 가압 타이밍에 기초하는 가압 제어 정보(3e)를, 출사 보조기(3b)에 송신한다. 가압 제어 정보(3e)는, 제어 장치(7a)에 의해 산출된 가압 타이밍에서 가압하도록 출사 보조기(3b)를 제어하기 위한 정보이다.
제어 장치(7a)는, 복수의 타깃(2a)을, 순차적으로, 주기적으로, 출사구(9b)로부터 출사하도록, 타깃 공급 장치(4a)를 제어한다. 제어 장치(7a)는, 회전 정보(1e)에 기초하여, 원판(10a)의 회전 운동을 제어한다.
제어 장치(7a)는, 위치 정보(6e)를 이용하여, 레이저광(8a)의 조사점(4d)을 산출한다. 조사점(4d)은, 기준면(3f)에 포함되는 점이다. 기준면(3f)은, 지지대(9a)의 주면(4b)으로부터의 거리가 일정[거리(10e)와 폭(1f)과 거리(2f)와의 합]하며, 출사 방향(3d)에 직교하는 평면이다. 제어 장치(7a)는, 조사점(4d)에 기초하는 집광 제어 정보(8e)를, 집광 광학 장치(6d)에 송신한다. 제어 장치(7a)는, 감시 영역(2d)의 폭(1f)과, 입사 시간 정보(4e)와, 출사 시간 정보(5e)와, 감시 영역(2d)으로부터 조사점(4d)까지의 거리(2f)를 이용하여, 조사점(4d)에의 타깃(2a)의 도달 타이밍을 산출한다. 제어 장치(7a)는, 도달 타이밍에 기초하는 레이저 제어 정보(9e)를, 레이저광 출력기(5d)에 송신한다. 집광 제어 정보(8e)는, 레이저광 출력기(5d)로부터의 레이저광(8a)을 조사점(4d)에 집광하도록 집광 광학 장치(6d)를 제어하기 위한 정보이다. 레이저 제어 정보(9e)는, 제어 장치(7a)에 의해 산출된 도달 타이밍에서 레이저광(8a)을 출력하도록 레이저광 출력기(5d)를 제어하기 위한 정보이다. 거리(10e)를 나타내는 정보와 폭(1f)을 나타내는 정보와 거리(2f)를 나타내는 정보는, 모두, 제어 장치(7a)의 메모리에 전자 데이터로서 미리 저장되어 있다.
출사 구멍(8b)의 직경은, 예를 들어, 타깃(2a)의 직경의 101％ 이상 120％ 이하이다. 공급관(2c)의 직경은, 예를 들어, 타깃(2a)의 직경의 101％ 이상 120％ 이하이다. 제어 장치(7a)는, 예를 들어, 10㎐ 이상 100㎐ 이하의 범위에서, 타깃(2a)의 출사를 행한다. 출사 보조기(3b)는, 출사구(9b)로부터의 출사시에 있어서의 타깃(2a)의 초속(初速)을, 예를 들어, 수m/s 이상, 수백m/s 이하로 할 수 있다. 출사 보조기(3b)는, 가스를 출사 방향(3d)을 향해, 예를 들어, 수㎳ 이상, 수백㎳ 이하의 동안만 분사함으로써, 타깃(2a)을 가압한다. 거리(10e)는, 예를 들어, 80㎜ 정도이며, 폭(1f)은, 예를 들어, 40㎜ 정도이며, 거리(2f)는, 예를 들어, 60㎜ 정도이다.
도 3을 참조하여, 실시 형태에 관한 양자빔 생성 방법을 설명한다. 우선, 스텝 S1(출사 공정)에 있어서, 제어 장치(7a)는, 타깃 공급 장치(4a)를 제어하여, 타깃(2a)을 챔버(3a)의 내측에 출사한다. 스텝 S1에 있어서, 제어 장치(7a)는, 타깃 공급 장치(4a)를 제어하여, 타깃(2a)을, 제어 장치(7a)의 제어 가능한 출사 타이밍에서, 챔버(3a)의 내측에 있어서의 미리 설정된 출사 방향(3d)으로, 출사한다.
스텝 S1의 다음, 스텝 S2(예측 공정)에 있어서, 제어 장치(7a)는, 챔버(3a)의 내측에 있어서의 레이저광(8a)의 조사점(4d)을 예측한다. 스텝 S2는, 스텝 S2a와 스텝 S2b를 구비한다.
스텝 S2a에 있어서, 위치 검출기(7c)는, 감시 영역(2d)에 있어서의 타깃(2a)의 통과 위치를 검출한다. 스텝 S2a에 있어서, 시간 검출기(6c)는, 타깃(2a)이 감시 영역(2d)에 입사하는 입사 시간과, 타깃(2a)이 감시 영역(2d)을 출사하는 출사 시간을 측정한다.
스텝 S2a의 다음, 스텝 S2b에 있어서, 위치 검출기(7c)는, 위치 검출기(7c)에 의해 검출된 통과 위치를 이용하여, 조사점(4d)을 산출한다. 스텝 S2b에 있어서, 위치 검출기(7c)는, 감시 영역(2d)의 폭(1f)과, 입사 시간을 나타내는 입사 시간 정보(4e)와, 출사 시간을 나타내는 출사 시간 정보(5e)와, 감시 영역(2d)으로부터 조사점(4d)까지의 거리(2f)를 이용하여, 조사점(4d)에의 타깃(2a)의 도달 타이밍을 산출한다.
스텝 S2의 다음, 스텝 S3(준비 공정)에 있어서, 제어 장치(7a)는, 집광 광학 장치(6d)를 제어하여, 조사점(4d)에 레이저광(8a)을 집광할 수 있도록, 레이저광(8a)의 조사 위치를 이동시켜 조사를 준비한다. 스텝 S3의 다음, 스텝 S4(출력 공정)에 있어서, 제어 장치(7a)는, 레이저광 출력기(5d)를 제어하여, 스텝 S2b에 있어서 산출한 도달 타이밍에 레이저광(8a)을 출력한다.
도 4는, 실시 형태에 관한 양자빔 생성 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (A)부의 횡축과 도 4의 (B)부의 횡축은, 모두, 시간 지터(㎳)를 나타낸다. 도 4에 나타내는 시간 지터는, 레이저광(8a)의 조사 시각으로부터, 타깃(2a)의 조사점(4d)의 통과 시각을 차감한 값이다. 도 4의 (A)부의 종축과 도 4의 (B)부의 종축은, 모두, 빈도(이벤트 수)를 나타낸다. 도 4의 (A)부는, 양자빔 생성 장치(1a)에 있어서, 특히 레이저 제어 정보(9e)를 이용하지 않는 경우의 측정 결과이다. 도 4의 (B)부는, 양자빔 생성 장치(1a)의 측정 결과[특히, 레이저 제어 정보(9e)를 이용하여 얻어진 측정 결과]이다. 도 4에 나타내는 결과로부터, 레이저 제어 정보(9e)를 이용하는 양자빔 생성 장치(1a)의 쪽이, 레이저 제어 정보(9e)를 이용하지 않는 양자빔 생성 장치(1a)와 비교하여 레이저광(8a)의 조사 시각과, 타깃(2a)의 조사점(4d)의 통과 시각이 대략 일치(시간 지터가 제로)하는 경우가 많은 것을 알 수 있다. 시간 지터가 제로인 경우에, 레이저광(8a)은 타깃(2a)에 조사된다. 타깃(2a)으로서는 Li나 Be를 함유한 쉘 혹은 비즈를 사용할 수 있다. 타깃으로서 Li나 Be를 함유한 쉘 또는 비즈를 사용한 경우에는, 중성자, 양자(프로톤), 이온 등의 양자빔의 생성이 가능하다.
이와 같이, 제어 장치(7a)에 의해 제어되는 출사 타이밍에서, 양자빔 생성 반응을 일으키는 타깃(2a)이, 타깃 공급 장치(4a)에 의해 챔버(3a)의 내측에 공급되고, 챔버(3a)의 내측에 있어서의 타깃(2a)의 운동은, 타깃 감시 장치(5a)에 의해 감시되고, 제어 장치(7a)는, 이 감시 결과에 기초하여, 타깃(2a)에 레이저광(8a)을 조사한다. 따라서, 타깃(2a)의 공급과, 타깃(2a)에의 레이저광(8a)의 조사가, 제어 장치(7a)에 의해, 자동적으로 행해지므로, 제어 장치(7a)에 의한 제어에 의해, 연속적인 양자빔 생성이 가능해진다.
제어 장치(7a)에 의한 제어에 의해, 주기적이고 연속적인 양자빔 생성이 가능해진다.
타깃(2a)이 등간격으로 배치된 원판(10a)을 회전시킴으로써, 타깃(2a)을 순차적으로, 챔버(3a)에 공급할 수 있다. 따라서, 타깃(2a)이 등간격으로 배치된 원판(10a)을 사용함으로써, 주기적 및 연속적인 양자빔 생성을, 실현할 수 있다.
제어 장치(7a)는, 센서(5c)를 사용하여, 원판(10a)의 회전 상태를 인식할 수 있으므로, 임의로 설정하는 주기로, 원판(10a)을 회전시킬 수 있다. 따라서, 임의로 설정하는 주기로, 연속적으로 양자빔 생성이 가능해진다.
출사 보조기(3b)에 의해, 타깃(2a)이 강제적으로 출사되므로, 출사 타이밍임에도 불구하고 출사가 행해지지 않는다고 하는 사태를, 피할 수 있다. 또한, 고속도로 타깃을 출사할 수 있기 때문에, 저온으로 냉각된 타깃을 사용한 경우에 있어서도, 온도를 유지한 채로 단시간 내에 조사점까지 공급하는 것이 가능해진다.
이상, 적합한 실시 형태에 있어서 본 발명의 원리를 도시하여 설명했지만, 본 발명이, 그러한 원리로부터 일탈하는 일 없이 배치 및 상세에 있어서 변경될 수 있는 것은, 당업자에 의해 인식된다. 본 발명은, 본 실시 형태에 개시된 특정한 구성에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 특허 청구 범위 및 그 정신의 범위로부터 유래되는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다. 예를 들어, 타깃 공급 장치(4a), 시간 검출기(6c), 레이저광 조사 장치(6a) 중 어느 하나 또는 전부가, 챔버(3a)의 외측에 배치될 수 있다.
레이저광 출력기(5d)를 복수 배치하여, 동시에 또는 시간 차를 형성하여 타깃에 조사할 수 있다. 타깃의 재료로서 극저온으로 냉각된 고체의 수소 동위체(중수소나 삼중수소)나 기체의 수소 동위체를 충전한 펠릿, 수소를 수소 동위체로 치환한 플라스틱 비즈나 플라스틱 쉘을 사용함으로써, 본 실시 형태의 양자빔 생성 장치를 레이저 핵융합 장치로 할 수도 있다. 레이저 핵융합 장치로 하는 경우에는 챔버(3a)와 단열시킨 상태에서, 타깃 공급 장치(4a)를 극저온조에 배치함으로써, 저온으로 냉각된 타깃을 공급할 수도 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에 의해 자동적으로 연속하여 핵 융합 반응을 행할 수 있는 레이저 핵융합 장치와 핵 융합 생성 방법을 제공할 수 있다.
자동적으로 연속하여 양자빔 생성을 행할 수 있는 양자빔 생성 장치와 양자빔 생성 방법과 레이저 핵융합 장치에 적용 가능하다.
1a : 양자빔 생성 장치
2a : 타깃
3a : 챔버
4a : 타깃 공급 장치
5a : 타깃 감시 장치
6a : 레이저광 조사 장치
7a : 제어 장치
8a : 레이저광
9a : 지지대
10a : 원판
1b : 탱크
2b : 구동 장치
3b : 출사 보조기
4b : 주면
5b : 이면
6b : 관통 구멍
7b : 테두리
8b : 출사 구멍
9b : 출사구
10b : 중심
1c : 본체
2c : 공급관
3c : 모터
4c : 회전축
5c : 센서
6c : 시간 검출기
7c : 위치 검출기
8c : 발광 소자
9c : 발광 소자
10c : 수광 소자
1d : 수광 소자
2d : 감시 영역
3d : 출사 방향
4d : 조사점
5d : 레이저광 출력기
6d : 집광 광학 장치
7d : 미러
8d : 미러
9d : 레이저 광원
10d : 셔터
1e : 회전 정보
2e : 회전 제어 정보
3e : 가압 제어 정보
4e : 입사 시간 정보
5e : 출사 시간 정보
6e : 위치 정보
7e : 촬상 제어 정보
8e : 집광 제어 정보
9e : 레이저 제어 정보
10e : 거리
1f : 폭
2f : 거리
3f : 기준면

Claims (8)

  1. 양자빔 생성 장치이며,
    타깃이 양자빔 생성 반응을 일으키는 챔버와,
    상기 타깃을 상기 챔버에 공급하는 타깃 공급 장치와,
    상기 챔버의 내측에 있는 상기 타깃을 감시하는 타깃 감시 장치와,
    상기 챔버의 내측에 있는 상기 타깃에 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치와,
    상기 타깃 감시 장치에 의한 감시 결과에 기초하여, 상기 타깃 공급 장치와 상기 레이저광 조사 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 타깃 공급 장치는, 상기 타깃을 출사하는 출사구를 구비하고, 상기 제어 장치에 의해 제어되는 출사 타이밍에서, 상기 타깃을, 상기 챔버의 내측에 있어서의 미리 설정된 출사 방향으로, 상기 출사구로부터 출사하고,
    상기 타깃 감시 장치는, 위치 검출기와 시간 검출기를 구비하고,
    상기 위치 검출기는, 감시 영역에 있어서의 상기 타깃의 통과 위치를 검출하여, 상기 통과 위치를 나타내는 위치 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고,
    상기 감시 영역은, 상기 챔버의 내측에 있어서 상기 출사 방향에 교차하는 위치에, 미리 설정되고,
    상기 통과 위치는, 상기 출사 방향에 수직인 면 내에 있어서의 위치를 나타내고,
    상기 시간 검출기는, 상기 타깃이 상기 감시 영역에 입사하는 입사 시간과 상기 타깃이 상기 감시 영역을 출사하는 출사 시간을 측정하여, 상기 입사 시간을 나타내는 입사 시간 정보와 상기 출사 시간을 나타내는 출사 시간 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고,
    상기 레이저광 조사 장치는, 레이저광 출력기와 집광 광학 장치를 구비하고,
    상기 레이저광 출력기는, 상기 제어 장치에 의한 제어 하에서, 레이저광을 출력하고,
    상기 집광 광학 장치는, 상기 레이저광 출력기로부터 출력되는 레이저광을, 상기 제어 장치에 의한 제어에 기초하여, 집광하고,
    상기 제어 장치는, 상기 위치 정보를 이용하여, 레이저광의 조사점을 산출하고, 상기 조사점에 기초하는 집광 제어 정보를, 상기 집광 광학 장치에 송신하고, 상기 감시 영역의 폭과, 상기 입사 시간 정보와, 상기 출사 시간 정보와, 상기 감시 영역으로부터 조사점까지의 거리를 이용하여, 상기 조사점에의 타깃의 도달 타이밍을 산출하고, 상기 도달 타이밍에 기초하는 레이저 제어 정보를, 상기 레이저광 출력기에 송신하고,
    상기 집광 제어 정보는, 상기 레이저광 출력기로부터의 레이저광을 상기 조사점에 집광하도록 상기 집광 광학 장치를 제어하기 위한 정보이며,
    상기 레이저 제어 정보는, 상기 도달 타이밍에서 레이저광을 출력하도록 상기 레이저광 출력기를 제어하기 위한 정보이고,
    상기 타깃 공급 장치는, 지지대와 원판과 탱크와 구동 장치를 구비하고,
    상기 지지대는, 주면과 이면과 출사 구멍을 구비하고,
    상기 출사 구멍은, 상기 타깃의 통과가 가능한 직경을 구비하고, 상기 출사구를 구비하고, 상기 주면으로부터 상기 이면에 관통하고,
    상기 원판은, 당해 원판의 테두리를 따라, 미리 설정된 간격으로, 복수의 관통 구멍을 구비하고,
    상기 원판의 중심은, 상기 관통 구멍이 상기 출사 구멍과 겹치도록, 상기 주면에 대해 회전 가능하게 보유 지지되고,
    상기 관통 구멍은, 상기 주면 상에 있어서 상기 타깃을 수용 가능하고,
    상기 탱크는, 본체와 공급관을 구비하고, 상기 원판 상에 배치되고,
    상기 본체는, 복수의 상기 타깃을 저장 가능하고,
    상기 공급관은, 상기 타깃의 통과가 가능한 직경을 구비하고, 상기 본체에 접속되고, 복수의 상기 관통 구멍의 모든 중심을 통과하는 원주 상에 배치되고,
    상기 구동 장치는, 회전축과 모터를 구비하고,
    상기 회전축은, 상기 원판의 중심에 있어서, 상기 원판에 고정되어, 상기 원판과 함께 회전 가능하고,
    상기 모터는, 상기 회전축에 접속되고, 상기 제어 장치에 의한 제어 하에서, 상기 회전축을 회전시키는 것을 특징으로 하는, 양자빔 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 복수의 상기 타깃을, 순차적으로, 주기적으로, 상기 출사구로부터 출사하도록, 상기 타깃 공급 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는, 양자빔 생성 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 센서를 구비하고,
    상기 센서는, 상기 회전축의 회전수와 상기 회전축의 축 위치를 검출하여, 상기 회전수와 상기 축 위치를 나타내는 회전 정보를, 상기 제어 장치에 송신하고,
    상기 제어 장치는, 상기 회전 정보에 기초하여, 상기 원판의 회전 운동을 제어하고,
    상기 축 위치는, 상기 회전축의 회전 방향에 있어서의 위치인 것을 특징으로 하는, 양자빔 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 타깃 공급 장치는, 출사 보조기를 구비하고,
    상기 출사 보조기는, 상기 출사 구멍 상에 배치되고, 상기 제어 장치에 의한 제어 하에서, 상기 출사 구멍에 있는 상기 타깃에 대해 상기 출사 방향을 향해 가압하는 것이 가능하고,
    상기 제어 장치는, 상기 회전 정보에 기초하여, 상기 원판의 회전에 수반하여 상기 원판의 상기 관통 구멍이 상기 출사 구멍에 겹치는 가압 타이밍을 산출하고, 상기 가압 타이밍에 기초하는 가압 제어 정보를, 상기 출사 보조기에 송신하고,
    상기 가압 제어 정보는, 상기 가압 타이밍에서 가압하도록 상기 출사 보조기를 제어하기 위한 정보인 것을 특징으로 하는, 양자빔 생성 장치.
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