TW316314B - - Google Patents

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五、 發明説明（ 經濟部中央棣準局貝工消費合作杜印製 發明背景 發明領域 本發明與一粒子發生器有關，尤對一種再循環式靜電 加速融口中子/質子源，在一負電位井結構内侷控核融合 反應為主。 先前技街概$ 隋性靜電束控(正c)裝置曾用於試驗工作。此類裝置產 生高能粒子(及離子與電子)於一靜電場中。一項採用離子 鎗注入試驗類示可在最大電壓與電流下，每秒約產生1〇9 中子，採用栅冷卻及電壓切限以達最大電壓與電流。離子 鎗之特性已載於R· L. Hirsch等所公開之美國專利3, 448, 315號。此一專利宣稱對離子束之生成與導向之效率有所 增進。 ρ. τ· Farnsworth所公開之美國專利3, 380，狀3號宣稱 在一球形的陽極上安置離子鎗，包固一球形陰極，鎗所射 出的離子聚焦於陰極中心。ρ· τ Farnsworth之另一美國 專利3, 258, 402號，為上一裝置之早期發明，亦以一球形 陰極包固一球形陽極。此專利表示以特選陰極材料，從陰 極發出電子可使中心氣體離子化，而不需要離子鎗。 在Hirsch等所公開之美國專利3, 530, 497號中，亦表 π用一球形陽極，一同心離子柵源及一可容粒子滲過之球 形陰極。離子栅必須置於陰極及陽極之間，並須配以球形 陰極。二電極之每一極均連以可變電位差，因之，在陽極 及離子柵源之空間有第一電場，在離子栅源與陰極空間有 表紙張尺度家橾準（CNS ) Α4· ----- (請先聞讀背面之注^^項再填寫本I)

--- In - ^ - I - I - I "6 - 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 316314 A7 B7 五、發明説明（2.) 第二電場’與第一電場之電位差不等。在離子概源内所產 生之離子，由於電位差異’導向中央陰極，並聚焦於陰極 中心，相互作用產生融合作用。 上述裝置之一缺點為在陰陽極之外，尚須使用離子栅 源。此外’在外陽極及離子柵源空間中，須有熱離子陰極， 以使電子群自熱離子陰極流向栅源而非外陽極。此種裝置 因元件之增加而變得複雜且價格昂貴。 本發明曾以“惰性靜電侷限融合之優點，，一文發表於 Fusion Technology vol, 20, ρ· 850 (Dec·，1991)，及“惰性靜 電侷限輝光放電(IECGD)之中子發生器特性，，刊於Fusion

TgchnQl〇gyvol.21,p. 1639 (May, 1992)。兩篇文獻對 Hirsch 及Farnsworth之專利所述之裝置均加以探討。 過去IEC裝置所遇問題，包括製造費用昂貴，體積龐 大’並須將離子鎗位置精確調整，以便順利操作。既如此 複雜，其使用側重於高強度之融合能源，如每秒產生10ΐ4 中子(n/s)。其他應用如中子活化分析，僅須緊湊之低強度 能源(約106 n/s)’常用者可藉放射性同位素中子源，如cf -252，但其半衰期過短而中子能譜廣’並非最適，而放 射性同位素全無開關功能，不使用時，必須儲於龐大屏體 中。更有一點’ Cf-252須自高通量核子反應器中產製，既 不經濟，而多數反應器近年來在美國已減少運作，產量漸 減°因此，更強烈需求他型中子源。 在中子之外，其他應用如質子同位素生產，須使用高 能質子源。目前通用之質子加速器龐大而價昂。可以更緊 本紙張尺度適用中國躅家標準（CNS) A4規格（210><29j公釐） 1._1------(，裝------訂-——·----f ;" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6314 A7 B7 經濟部中央揉準局員工消费合作社印東 五、發明説明（3·) 湊EEC裝置，如本發明之D - 3He反應生產14 MeV質子源 代替。 另一含電子群裝置為Maglich等人所公開之美國專利 4, 788, 024號。此裝置設有兩鉬製圓網式柵，可透過90% 電荷粒子。一 DC負電壓通於每一相片，使電子群佈於栅 間’使離子振盪其中，但此一裝置並非對振盪電子群全部 透穿，使電子在柵結構上散失而降低整體裝置之效能。 另一種低強度中子源採用袖珍氘加速器沖擊一含氚 之固體標靶(R. C. Smith 等，IEEE Trans nn Nnc Sci. 35. 1，859〔 1988〕）。目前此小型中子發生器(l〇6-l〇8n/s)使 用塗氘鈦靶或塗氘-氚混合物鈦靶。操作時以適量重複之短 脈衝，以免靶過熱。以此觀念所建高強度中子源，採用高 速迴轉靶以避免過熱，惟此裝置之價格極昂。 上述各型發生器均有缺點。例如，在操作不久即須維 護。由於使用含氚靶，須受放射性同位素使用之規定《此 外，靶之效能隨使用時間增加而遞減，因高能離子直接撞 擊使氣逸失。最後失效而須在操作僅數百小時後更換，非 常不經濟。同時，氣之蛻變造成3He氣體壓力增高。更有 一點’發生器内部表面有氚粒污染，起因於離子沖刷靶面 所致；但此一污染降低此裝置壁面絕緣而引發電弧火光。 此類發生器使用放射性同位素源亦有存放及處理問題。 本發明企求克服上述各型低強度中子/質子源之缺 陷。 發明概要 · (請先閱讀背面之注f項再填寫本頁) • Λ7 I -JT . 訂 λ 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 發明説明（4.) 根據本發明，一種再循環式靜電加速融合之中子/質 子源，設有軸向延伸中空真空室及内外壁。反射體在真空 室兩端’其中心在真空室軸線上。對振盪粒子100 %穿透 之陰極置於真空室内位在兩反射體之間，界定其中央空間 容積與真空室同一軸線，對振盪粒子100 %穿透之陽極分 別置於真空室兩端，其位置在反射體與陰極之間；軸線亦 與真空室相疊。一反應氣體經控制裝置定量輸入真空室及 其中央空間。此外，電位經一裝置輸至上述陰、陽極及反 射碟，使反應氣體在中空部位產生離子群，並使離子及電 子群在真空室内反覆循環，而減少粒子數目。另一方式係 在軸向產生磁場以包圍真空室。 發明目的 本發明之一目的為供應一可開關之中子/質子源。 另一目的為所供中子/質子源，採用一對振盪離子群 100 %穿透之陰極，因之，使離子群高度再循環而消除離 子-陰極衝撞，造成離子損失、過熱及陰極磨損。 另一目的為所供中子/質子源便於操作及建造，設計 堅固，並可廉價融合中子/質子源。 另一目的為提供一易於攜帶之中子/質子源。 另一目的為提供一不採用放射性同位素中子 子/質子源。 ' ，-目的為職供中子/質子源不採用加速 把設計。 另-目的為所提供巾子/質子源不制球形設使 316314 A7 ...... B7 五、發明説明（sT) 一 -- 其適於其他幾何型態所應用之中子/質子源。 請 1 h. 1 | 讀 I 背 | 1¾ 之 注 f 項 再 填 寫 本 裳 頁 另一目的為供給一具有兩陽極及兩反射體之中子/ 質子源，形成正電位井，以使電子群在電位井内振盪，從 而減低離子損失率。 另一目的為所供中子/質子源，有對振盪粒子群1〇〇 %穿透之兩陽極，造成粒子高度再循環，消除粒子_陽極衝 撞，從而降低粒子損失、過熱及陽極磨損。 另一目的為所供中子/質子源之再循環離子束聚焦 良好，因所用中空圓筒型陽極具有電子微穿隧效應。 另一目的為所供中子/質子源，有幾近等角能量分佈 之離子微穿隧，初步近似分析尤如等能量線源式點源，端 視陰極長度而定。 訂 本發明另一目的為供給一中子/質子源，能產生多條 稍密離子束’以產生大量粒子衝撞。 本發明目的之一為供給一中子/質子源之裝置以產 生融合反應，其中子發生率與整體再循環離子束電流之平 方式高次方成比例。 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印策 本發明之另一目的為採用脈衝能源以提高能量效 率，及增加每一時均輸入能量所得中子收率，因中子收率 與電流平方（或其高次方）相關。 本發明目的之一為產生2.5 MeV中子群，採用氣之 D-D反應之裝置’並可藉D-T反應產生14 MeV中子群， 當改用一氘與氣混合氣體（“D-T”）時即可。 本發明之一目的為供一易於自中子源轉製為發生高 本紙張尺度逋用中國國家橾率（CNS ) A4规格（210X2%>釐 316314 A7 B7 五、發明説明（6, 能質子群之裝置，將所用m昆合氣體改為^氣_3 (D-3He )之混合氣體。 本發明另-目的為供給—中子/質子源，以磁場侷限 粒子於徑向，以便降低粒子損失率。 本發明之其餘目的及紗在㈣下列詳盡說明及圖 式中更易明瞭。在圖式中，所用數字標明有關元件代號。 圖式說明 圖一為本發明所含之中子/質子源之圖式。 圖二為圓筒型陰極，圓筒型陽極及反射碟所造成之 理想正負電位井之圖式。 圖二為另一中子/質子源實施例具有多個磁環之 圖式。 推薦實施例之钕诚 雖然本發明之敘述以推薦實施例為對象，但發明内容 並不限於此一實施例，甚至有關代用、修改及相當情形均 可涵蓋於本發明之立意及範園之内。 先以本發明囷-及圖二說明，為可攜帶之再循環式靜 電加速融合之中子/質子源10 ,其具有一中空真空室 2〇。在所推薦實施例中，此中空真空室2〇為一圓筒型真 空室30含内壁40及外壁5〇，以限定中央空間6〇。圓筒 型真空室30宜以電絕緣材料如玻璃製成。但其他絕緣材 料如陶瓷，金屬氧化物亦可適用於本發明。試驗型圓筒型 真空至30之尺寸為61 (^以長，直徑丨〇cm，但其他尺寸亦 可使用，不悖於本發明。 本紙張肅用準(CNS)^ii7^^r -11 - (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 裝- 訂· 3163f4< S〇： Α7 Β7 86.5.2 五、發明説明（ 符號說明 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 10 中子/質子源 160 圓筒型陰極. 20 中空真空室 170 入口 30 圓筒型真空室 180 出口 40 内壁 185 減壓裝置 50 外壁 190 渦輪真空泵 60 .中央空間 200 電位 70 陽極 210 正偏高壓電源 80 陽極 220 通路 90 圓筒型陽極 230 通路 100 圓筒型陽極 240 接頭 110 反射體 250 接頭 120 反射體 260 軸向 130 凹面反射碟 270 磁環 140 凹面反射碟 280 磁場 150 陰極 290 勢力B-磁場 (請先閲讀背面之注^項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS〉Α4規格（210Χ297公釐） -1 la - 316314 A7 B7 經濟部中央棵準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明（7·) X-射線在操作中子/質子源10時，由制動輻射 (Brensteshlung)及散逸電子群揸擊裝置之金屬部份產生。由 於玻璃非屏障X-射線之良好材料，外部應加鉛屏體以阻止 X-射線外洩。但僅需薄鉛片即可，防止乂_射線外洩亦可使 用高-Z材料如陶瓷或以鉛玻璃製作圓筒型真空室3〇。 對振盪粒子群100 %穿透之兩陽極70及80分別在圓 筒型真空室30之兩端安置，其軸線與圓筒型真空室3〇相 疊。在推薦實施例中，兩陽極70及80為中空圓筒型陽極 90及100。試驗型圓筒型陽極9〇及1〇〇之直徑為9 cm， 但其他直徑尺寸亦可使用，不悖於本發明。 反射體110及120分別置於圓筒型真空室30之兩端， 位於每端及圓筒型陽極90及1〇〇之間，其中心袖線與圓 筒型真空室30相疊。在推薦實施例中，反射體no及12〇 為凹面反射碟130及140，其凹面與圓筒型真空室30之 中心相對。凹面反射碟130及140有接地電路，凹面反射 碟130及140之焦距調整至優良電子微穿隧效應，亦即約 相當於至陰極口之距離。 如圃二所示本發明之一項設計，陽極之型式可供電子 群在陽極90及100及凹面反射碟130及140間所成之正 電位場内振盪，而不致在離子化後消失。此項設計具有六 種功能：（1)由於圓筒型陽極90及100為兩端開口之圓 筒，對振盪粒子群（及離子與電子）為100 %穿透，因之， 粒子群與圓筒型真空室30之内壁40之撞擊，可減少粒子 群之損失，足以減少粒子群直接與陽極撞擊所產生之過熱 ’紙 ®緖準（CNS ) A娜（210:2托公_董） (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 裝

A A7 316314 五、發明説明（8·) 及磨蝕圓筒型陽極30及40，同時可得較佳侷限電子束之 效果。（2)由於電子群有較多機會使中性原子離子化生成 電子-離子對，故此設計係為一能量節約系統。（3)由於系 統有效利用能量，裝置可在較低壓力下操作，而減少撞擊 損失。（4)此設計具有電子微穿隧效應，使離子群聚焦於 微隧道，而獲致優良再循環離子束之聚焦。（5)減少電子 損失可得較佳電荷平衡系統而有效侷限離子束。（6)在離 子束中有高離子密度，增強融合反應。 在試驗型中’兩圓筒型陽極90及1〇〇以及凹面反射 碟130與140均為不銹鋼製’但任一抗高溫材料，不須抱 光者均可使用。鎢為一優良材料，惜價格較昂。 對振盪粒子群可100 %穿透之陰極15〇位於圓筒型真 空室30之中央，並與此室及圓筒型陽極9〇及100之軸線 相合。在推薦實施例中，陰極150為中空圓筒型陰極16〇， 筒身全為固體。試驗型所採圓筒型陰極16〇為不銹铜製， 長10 cm，内徑9 cm。但任一耐高溫不須拋光材料如鎢， 及任一尺寸均可使用，不悖於本發明。圓筒型陰極16〇有 接地電路，其功能有二：其一為加速離子群，其二為圓筒 型陰極160兩端開口，對振盪離子群可1〇〇 %穿透，可減 少離子群與囷筒型真空室30之内壁40相撞擊所引起之損 失，並防過熱及離子群直接與陰極撞擊所致磨損，同時獲 得較佳離子束之侷限。 一反應氣禮自入口 170處通入圓筒型真空室3〇並由 出口 180排出。氘為D-D反應之合適反應氣體，或用氘及 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 - (请先喊讀背面之注$項存填寫本賓) 装·

A 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印裝 經濟部中央梯準局負工消费合作社印裝 316314 A7 -------------B7 五、發明説明（9.) 氣混合氣體。但任一可融合混合氣體如D_3He均可使用， 不悖於本發明。 出口 180連接於一可移動裝置，使圓筒型真空室3〇 之氣壓185減低。試驗型中，可移動之減歷裝置185為一 滿輪真空果190。圓筒型真空室3〇宜先以滿輪真空系19〇 減壓至KT7Torr，而後回填氣體至1〇·4Τ〇ΓΓ。其他壓力亦 可使用’不悖於本發明。但對熟習該項技術者而言，氣壓 隨電壓及陰陽極間距離而定。如變更壓力，則電壓或囷筒 型陰極160與圓筒型陽極90及1〇〇距離之一，或兩者均 須隨之變更。 反應氣體可稍扭小渦輪真空泵190緩慢通入真空室， 並在輸乳後保持所需屢力，或在通氣至所需壓力，將圓筒 型真空室30關閉並移去渦輪真空泵190如後文所述。在 封閉之圓筒型真空室30長期操作情況，特殊預防措施保 持氣體純度及壓力，可仿電子真空管方式，採用捕捉離子 裝置或内部儲氣裝置。 在圓筒型陽極90及1〇〇，與圓筒型陰極16〇，凹面 反射碟130及140間，以電位200裝置供電。試驗型中採 用正偏高壓電源210供電位200之用，以通路220及230 連至接頭240及250，並延伸經過圓筒型真空室3〇之壁 達圓筒型陽極90及1〇〇 〇但其他供給電位方式亦可使用， 不悖於本發明之需。 供應電位200之裝置所輸電流為下列兩者之一 γι)穩 定狀態’或(2)脈衝方式。下文介紹中子/質子源1〇之操 ____ 本紙浪尺度適用中國囷家標準（CNS ) Α4規格（210X297公羞) ""'' —" -14 - |_r------,Λ ^------、1Τ·：---- (請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) 316314 A7 B7 五、發明説明（1〇·) 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印*. 作’採用穩定狀態之電流供給電位2〇〇之需。但一脈衝電 源亦可獲得相似之中子收率，而使用較少電力。一高壓， 低電流之穩定電源宜先用於電漿放電，再以脈衝電源連至 適且電極供給所需脈衝電流，此一操作不同於由冷中性氣 體之脈衝，足以防止電弧放電而增強保持適度恒定電壓於 脈衝過程中。 在一實施例中，脈衝電源為一容電器及快速掣键所组 成。在試驗型中採用2$F容電器及以SCR-容電線路掣動 之熱氫放電二極開關’但其他脈衝電源亦可使用，不悖於 本發明之需。 脈衝電源之優點為中子收率與電流平方（或高次方） 成比例，如下所述，脈衝操作對在每一時均輸入電能之中 子收率有所改進，可以下例說明之。假設以1〇〇 kv電壓 及15 mA電流（即1_5 kW )之穩定狀態輸入電能，可藉 D-D反應獲得i〇9n/s中子收率。將其鍵換至1〇112脈衝率， 幅度10 psec最高脈衝電流15 A，可獲得尖峰中子產率， 根據I2與中子產率關係，在脈衝時仍為1〇9 n/s之時均產 率，所需時均電能計算為100 kV X 15 A X HT4 = 0.15 kW ’其中10·4為負荷週期，即開啟脈衝所佔時間。兩相 比較’平均電能需要’在採用脈衝電源情況下，僅為穩定 電源之十分之一。 電能效率當脈衝幅度減小時更可提高，因脈衝重複率 增加而負荷週期變短，每一脈衝生成尖峰電流，但其幅度 須較離子再播環之時間為長’以便保持良好離子備限效 卜紙張尺度i4用中關轉準（CNS )从麟（21Qx297公羡） -15 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

、1T Λ A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印策 五、發明説明（11.) 果。比再循環時間決定於中子/質子源10之幾何結構及 操作條件。試驗型之操作一般以5 gSec為譜。因之，上例 所述之10 psec適於此試驗型所用參變數。大幅變動再循 環時間亦屬可能，而不悖於本發明之需。 在脈衝操作增進電能利用率之外，脈衝中子源在中子 /質子源之若干應用上亦有需要。例如，有些中子活化分 析測定短半衰期同位素所釋放之了_射線蛻變特徵可藉脈衝 中子照射樣品而加以研討。 使用穩定狀態電源，圓筒型真空室3〇先用渦輪真空 泵190抽真空至低壓，再回填氣體。其後，高正電壓偏導 至圓筒型陽極90及100。氣禮壓力與操作電壓有關，高 壓電使氣體分解，自中性原子將離子與電子分開。所分出 離子群及電子群被圓筒型陰極160及圓筒型陽極90及1〇〇 在相反方向對偏導高壓電所生成之電場加速。電子群向圓 筒型陽極90及1〇〇加速，並同時與中性原子衝揸而生成 更多電子-離子對。電子在正電位井中振盪於圓筒型陽極 90及100與凹面反射碟130及140之間，並解離更多中性 原子以生成電子微隧道而使離子束聚焦。 另一方面，離子群向圓筒型陰極160加速，在通過此 陰極160時達最大速度。離開圓筒型陰極160後，離子群 開始減速，終而停止於圓筒型陽極90及100。迨停頓後， 離子群又向相反方向之圓筒型陰極160加速。如此，離子 群往復振盪於電場多次，最後由於粒子間相互衝撞而自系 統中散逸。離子群亦受電子微隧道影響逼入離子束内，而 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· ’11 λ 本紙張尺度適用中國國家梯率（CNS ) A4规格（210X29^公釐） 經 工 316314 五、發明説明（i2·) 增加中子收率。 在離子群振堡過程中，達到足夠高速與中性原子衝 撞並融合，或離子間相互撞擊融合，生成中子群。同時， 離子群使氣《I解離生成二級電子，其行徑與前述情況相 同三如使用氘，則D-D融合反應產生高能中子群，如為氘 及氣混合氣體，則D-T融合反應亦生成高能中子群。未融 合之離子則教逸或變換負荷而消失。應用之電壓，即離子 速度之選擇’近歸大融合截面，财為kv或在 適當電絕緣情況下酌予提高。 現述發明之每單位輸人電力之中子收率大於以往同 類裝置，其原因在於正電位井對電子群之，低離子損 失’及良好再循環離子束聚焦。收率可以R〇cI2程式表示’ 其中R代表巾子收率，I麟_子束再循環電流。迄今 D-D融合反應在6〇 kV及20 mA條件之中子收率為1〇6 ^ (由D-T反應相當於丨^但理論計算，以較高輸入 能量（即100kV與1.5A) D_D融合反應之中子收率可高 達10 n/s，而D-T融合反應則達ιο15!^。現述發明可提 高電壓至200 kV，僅受限於填充適當絕緣材料於空隙以 防電弧火花。在操作時，將電壓達成最大融合截面（即2〇〇 kV )，而後加高電流以達最大之中子收率。如前所述， 一脈衝電源能獲得同等時均中子收率，而較穩定狀態電源 少消耗電能。 融合所產生中子群在離開真空室前，無所遮擋，可得 單一能量之中子源，使用氘時約為2 5MeV，氘_氣混合氣

I 訂， Λ 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _____B7 五、發明説明（13·) 體時則達14 MeV。後者具有較大融合截面，中子發生速 度在同樣輸入電能情況下’較使用氘時高出百倍，惟使用 放射性氚須獲輻射保護許可證方可操作。 採用方型作為另一種中子/質子源10之幾何結構不 悖於本發明之意。同樣，中子/質子源10之軸形與其元 件亦可改變而不悖於本發明之意。例如，圓筒型陽極9〇 及100之直徑較圓筒型陰極160為大。 中子/質子源10可在兩點稍作改裝以充當質子發生 器之用。其一，以D-3He氣體以生成高能（約14 MeV ) 質子及3.5 MeV α粒子。其次，將操作電壓較正常中子/ 質子源10所用者略高’使其相當於D-3He尖峰截面之能 量。質子發生率將與2.5 MeVD-D中子產率相近，因在同 一電能輸入情況下，D-D及D-3He之截面幾相等。本實施 例有一優點可簡捷變更氣體與電壓，中子/質子源1〇可 用作2.51^¥或141^¥中子源’或為一141^¥質子源。 銷售本發明產品於用戶時’圓筒型真空室30宜先抽 真空至低壓’而後回填氣艘。其次，進口 17〇及出口 18〇 加以密封。用戶可在圓筒型真空室30内開始融合反應， 當中子/質子源10由於物料被沖刷、輕度漏洩以及反應 物（上千小時操作後）所染污，可將中子/質子源運回製 造商，將圓筒型真空室30重抽真空，回填氣體並再密封 進口 170及180，維護後送回用戶。用作貲子源時亦如此 處理。 本發明之另一代替實施例如囷三所示，在圓筒型真空 本紙張尺度逍用中國國家梯準（CNS )人4規格（210X297公釐 -18 - HI I n n -JJV— I- -I - - - - I I I (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂 316314 A7 B7 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（l4·) 室30之外壁50軸向260上添附一發生磁場裝置。試驗型 中採用若干磁環270包圍圓筒型真空室30之外壁50，使 產生軸向260之磁場。所用磁環270為永久性磁鐵，其外 徑大於圓筒型真空室30之内徑。/其他磁材料如電磁鐵， 超導磁材’及其尺寸均適於本發明之需。磁環27〇宜緊密 排列以產生一均勻磁場280。但如使用者欲節省費用，磁 環270間距可稍寬而省用磁環數量。 磁環270之目的為產生用於侷限徑向之離子及電子群 之磁場280。因之’粒子在圓筒型真空室3〇之内壁4〇之 耗損率可減小，而有利較高之融合反應速率。在實際工程 上’宜儘可能採用最強磁場。試驗型中採用永久磁鐵，達 成最大磁場強度約4K高斯（gauss )。但它型磁材料可產 生更強磁場。 本發明可採用兩種磁場280。其一為剪力B-磁場 290，實際上為一在圓筒型真空室3〇之内壁4〇之軸向側 (平面磁場包住電漿柱（及宏觀之離子與電子群）。剪力 B-磁場290在圓筒型真空室30之内壁40與圓筒型電漿柱 間知有高磁場梯度。剪力B_磁場29〇作用於進入磁場 之負荷粒子群使其折向^因此，離子及電子群自圓筒型真 空室30之内壁40順徑向被推至圓筒型電漿柱，產生更多 粒子相撞而增加齡反應速率。在徑向作麟粒子之磁力 可用Fr、AB表示，其中扑代表徑向磁力，卜為粒子磁 & ’ _場梯度及向較低磁場及關型f漿柱_各點距 離成比例。 (請先閲讀背面之注##'項再填寫本頁) 裝 訂 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 316314 A7 B7 五、發明説明（I5·) 剪力Β-磁場290依其強度，限制負荷粒子在一定能量 Ε。之下脫離系統，其提高侷限程度可以T/7l〇s/I>；7，即一負 荷粒子在E〇值之下向上散失之平均時間（向上散失指粒子 間互撞使粒子順徑向移動），輿平均散失-撞擊時間之比。 後一時間相當於完全靜電場所得侷限時間。R. H. Cohen

等之 20, 1，421(1980)及 ρ· J. Catto 等之 EhiL EImMs，28, 352(198¾ ’ 將上一比值衍為 l〇s/r 邱 κ exp (Ε〇/Ε^)。其中為徑向平均粒子所含能量，£。= 0為 無磁侷限及^^^=1。當增添剪力B-磁場180，T/?los/r 邱> 1表示侷限更佳。採用剪力B-磁場增加本發明效率約 較一般操作高五倍（指單位能量所得反應速率）。 第二種磁場為均一 B-磁場（未繪出），在圓筒型真空室30 之軸向有一分佈均句磁場，使徑向磁場梯度為零。均一 B· 磁場’不使負荷粒子折向，但使其對此磁場垂直向迴轉， 減少粒子群擴散而增加融合反應速率。迴轉頻率為 o=eB/m，其中B為磁場強度。迴旋半徑為ρ = ντ/ω，其 中 VT為粒子角轉速。R· Papoular-^L Electrical Phenomena in Gasss，91(1965)導出均一 B-磁場存在時之擴散與均一 B-磁 場不存在時之擴散之比，〇"0。=1/(1+(〇1')2)作徑向擴 散之用’其中T為兩連續撞擊之相隔時間《因此，侷限程 度可按（1 + (ireB/m)2)之倍數增加，所得結果不及B_磁場 290之效率’但此一佈置對某些應用仍有需求。 本紙張从逍用中SSJ家標率（CNS) (训環公羡） -20- —a^ nn n^i 1 r^n M%fw ^^1. —φ— In I I .1 . Ύ (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) <

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 1. 一種再循環式靜電加速融合之中子/質子源，包括： —具有内外壁之抽向延仲中空真空室； —反射體位於上述真空室之對端，其中心袖線與上述 真空室同一軸線； 一對振盪粒子群100 %穿透之陰極，位於上述真空室 與上述反射體之間，界定中央空間容積並與上述真 空室同一軸線； 、 —對振盪粒子群1〇〇 %穿透之陽極位於反射體及陰極 之間靠近上述真空室對端，並與上述真空室同一軸 線； —反應氣體存於上述真空室中，及 一在上述陽極、陰極及反射體間形成一個電位裝置， 以使反應氣體在上述中央空間產生離子群。 2..根據申請專利範圍第1項所述之中子/質子源，其中 所指之軸向延伸中空真空室實際上為圓筒型。 3. 根據申凊專利範園第1項所述之中子/質子源，其中 所指之反射體為凹面反射碟，其凹面對向上述真空室 之中心。 4. 根據申請專利範圍第1項所述之中子/質子源，其中 所指陰極實際上為圓筒型之中空實體。 5. 根據申請專利範圍第1項所述之中子/質子源，其中 所指之陽極實際上為圓筒型且呈中空。 6. —種再循環式靜電加速融合之中子/質子源，包括： 一一個實際上為圓筒型之真空室，其具有内外壁； 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) Λ4規格（210X297/^# ) -21 - A8 B8 C8 D8 314 申請專利範圍 〜凹面反射碟’其位於上述真空室之對端，其凹面 對向上述真空室之中心，且其中心位於上述真空 室軸線上； 〜一個實際上為圓筒型之中空陰極實體，其位於上 述真空室及反射碟之間’限定中央空間容積並與 上述真空室同一軸線；實際上為圓筒型之中空陽 極’其靠近於上述真空室對端、上述反射碟及陰 極之間，並與上述真空室同一軸線；反應氣體存 在於上述真空室中；及 ''在上述陽極、陰極及反射碟間形成電位裝置，使 得反應氣艘在上述真空室中產生離子群。 7’根據申請專利範圍第6項所述之中子/質子源，包括 —可移動之減低上述真空室氣壓之裝置。 8.根據申請專利範圍第7項所述之中子/質子源，其中 所指用在上述真空室以減低氣壓之可移動裝置包括一 了移動之渦輪真空泵，供連接於上述真空室之用。 9·根據申請專利範圍第6項所述之中子/質子源，其中 所指之真空室係由非導電材料製成。 10.根據申請專利範固第6項所述之中子/質子源，其中 所指讀給電位裝置包括-正極偏導高壓電源。 11·根據申請專利範園第10項所述之中子/質子源，另包 括連接上述陽極於上述正極偏導高壓電源之飼入電 路0 12.根據憎專利範®第⑴爾述之中子/質子源，其中 316314

   、申請專利範圍 =之正極偏導高壓電源供給—個連續式—定通量之 電流。 13·根據中物_第1G項所述之中子/質子源，其中 偏導高壓電源供給重複脈衝電流，並按預 設重複率飼入電流。 14.根據中請專利範園第6娜述之中子/質子源， 所指之供給電位裝錢用之正f位在膽至200kV 之間》 !5·根射請專利範園第6項所述之中子/質子源， 所指之反應氣體為氘。 根據申請專利範園第6幫述之中子/質子源，其中 所指之反應氣體為氘擊氚之混合氣體。 17. 根據巾請專概圍第6項崎之巾子/質子源，其中 所指之反聽II為纽氦_三之齡傾。 、 18. 根據申請專利範園第6爾述之中子/質子源，另包 括-個設在上述真空室周固，可產生袖向磁場之裝 16 -IL------ C請先閲讀背面之注$項再填寫本頁} 鋰濟部中央棣準局貝工消費合作社印裂 置 19_根據申請專利範固第18項所述之中子/質子源，其中 所指之產生表面磁場之裝置為—_磁環。 20·根據申請專利範圍第^爾述之中子/質子源，其中 所指之產生表面磁場之裝置為—串永久磁鐵。 21. 根據申請專利範团第19项所述之中子/質子源，其中 所指之產生表面磁場之裝置係一個電磁鐵。 22. 根據申請專利範圍帛19項所逑之中子/質子源，其中 K紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公羞） -23 - h

   316314六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印製 室； 一一個正極偏導高壓電源；及 --個連接上述陽極於上述正極偏導祕電源之飼 入電路。 28.根读申請專利範園第27項所述之中子/質子源，其中 所才曰之上述正極偏導高壓電源供給一個連續式一定通 量之電流。 29_根據申請專利範圍第27項所述之中子/質子源，其中 所指之正極偏導高壓電源供給—重複脈衝電波，並按 預定重複率飼入電流。 30.根據申請專利範圍第27項所述之中子/質子源，其中 所指之供給電錄置飼人之正電位在驚V至· kV之間。 31·根據申請專利範圍第27项所述之中子/質子源，其中 所指之反應氣體為氘。 、 32.根據申請專利範圍第27項所述之中子/質子源，其中 所指之反應氣體為氘及氚之混合氣體。 33_根據申請專利範圍第π項所述之中子/質子源，其中 所指之反應氣體為氘及氦_三之混合氣體。 34. 根據申請專利範圍第27項所述之中子/質子源，另包 括一個設於上述真空室周固之產生勤磁場裝置。 35. 根據申請專利範固第34項所逑之中子/質子源，其中 所指之產生表面磁場裝置為一串磁環。 36. 根據申請專利範固第％项所述之中子/質子源，其產 、紙張尺度適用中®國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公着 -25 ------1-: (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ h· « #n n^i · 316314 六、申請專利範圍 生表面磁場之裝置為—串永 39.根據申請專利範面第=述之中予/㈣，其中 =實際上為-表叫其位於上述真空室: 頁 4〇_根據申請專利範園第％項所述之中 =指表面磁場有-強力磁場梯度延伸至上述真空室 訂 4i•根據申請專利範团第34项 :指切私-钟轉处述 42·根據申請專利範固第q项所述之中 所指之均-磁場之徑向磁場梯度近於零。》、’其中 經 工 本紙張AAit用巾® g轉丰（CNS ) ( 21(^辦公羞）