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JPS6355757B2 - - Google Patents
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JPS6355757B2 - - Google Patents

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JPS6355757B2
JPS6355757B2 JP56138482A JP13848281A JPS6355757B2 JP S6355757 B2 JPS6355757 B2 JP S6355757B2 JP 56138482 A JP56138482 A JP 56138482A JP 13848281 A JP13848281 A JP 13848281A JP S6355757 B2 JPS6355757 B2 JP S6355757B2
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
neutralization cell
injection device
ion source
neutral particle
Prior art date
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JP56138482A
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Japanese (ja)
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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
10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内にガスパルブ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.
Inside the vacuum chamber 4 for the neutral particle injection device, there is a beam dump 6 and a cryopump 9 that evacuates the inside.
The cryopump 9 is connected to external refrigeration equipment 10. 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。しかし、通常、導入ガスは、中性化セル3部
分の圧力を所定の値に保つようにしており、ビー
ム量を大きく取るには、中性化セル3の幾何学的
形状を大きくする必要があり、この場合、有効な
中性化効率を得るためには、ガスの流量を多くす
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。又、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。
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. However, normally, the introduced gas is used to maintain the pressure in the neutralization cell 3 at a predetermined value, and in order to obtain a large beam amount, it is necessary to increase the geometric shape of the neutralization cell 3. In this case, the gas flow rate needs to be increased to obtain effective neutralization efficiency. For this reason, the gas load on the exhaust equipment attached to the device increases, 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、又、幾何学的形状はイオン源
1や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 1 and other factors.

大イオンビームを得るため中性化セルの幾何学
的形状、特に口径を大きくすると、所要とする圧
力を得るためには莫大なガス導入を必要とし、そ
の結果として、巨大な真空排気ポンプを必要とす
ることになつてしまうのである。
In order to obtain a large ion beam, increasing the geometry of the neutralization cell, especially the diameter, requires a huge amount of gas to be introduced to obtain the required pressure, and as a result, a huge vacuum pump is required. This ends up being the case.

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、中性化セル内部の圧力を少
ない供給ガス量で確保し、イオンビームの中性化
効率を向上させると共に、真空排気ポンプのガス
負荷を低減することが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 secure the pressure inside the neutralization cell with a small amount of supplied gas, improve the neutralization efficiency of the ion beam, and An object of the present invention is to provide a neutral particle injection device that can reduce the gas load on an exhaust pump.

本発明は中性化セル内にガスを導入する際、ガ
スをイオン源の方向に向けて噴射させることによ
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 achieves the intended purpose by injecting the gas toward the ion source when introducing the gas into the neutralization cell.

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説明
する。
The present invention will be described below based on embodiments shown in the drawings. Note that the same reference numerals will be used to explain the same reference numerals as those in the prior art.

第2図及び第3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、ここでの詳細図示は省略し、本発明に関連す
る部分近傍のみにする。
An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 2 and 3.
Since its schematic configuration is almost the same as the conventional one, detailed illustrations are omitted here, and only the vicinity of the parts related to the present invention will be shown.

該図に示す本実施例では、中性化セル3のビー
ムダンプ9側近傍に、イオン源1方向に向いて傾
斜しているノズル14を設け、このノズル14に
供給ガス源13からのガス導入系5を接続し、ノ
ズル14を介して中性化セル3内にガスを噴射さ
せるようにしている。
In this embodiment shown in the figure, a nozzle 14 that is inclined toward the ion source 1 is provided near the beam dump 9 side of the neutralization cell 3, and gas from the supply gas source 13 is introduced into this nozzle 14. A system 5 is connected to inject gas into the neutralization cell 3 through a nozzle 14.

このように構成される本実施例では、ノズル1
4より噴射されるガスは、平均自由程度まではイ
オン源1方向にガスの流れが形成され、その後、
中性化セル3内壁、ガス粒子同志およびイオンビ
ーム等と衝突を繰返した後、ガス粒子の運動方向
が等方化して拡散し排気ポンプ側に出て来る。こ
の場合、中性化セル3端部でガス拡散を阻害する
流れが生じているので、特に供給ガス量を多くす
ることなく中性化セル3内の圧力を高くする事が
可能となり、イオンビームの中性化効率を高くす
ることが可能である。更に、供給ガス量が多くな
いため、真空排気のためのクライオポンプ等を大
きくする必要がない。つまり、真空排気ポンプの
ガス負荷を低減できるのである。更に、ノズル1
4の口径をできるだけ細く、かつガス流の指向性
を高めると更に高い効果が期待できる。尚、イオ
ンビームA+のエネルギーは通常数10keVに対し
噴射ガスBのエネルギーは、熱運動のエネルギー
程度で、ガスの流れをイオンビームと逆方向にし
ても中性粒子ビームA*のエネルギーを低下する
事はなく問題はない。
In this embodiment configured in this way, the nozzle 1
The gas injected from 4 forms a gas flow in one direction of the ion source up to the degree of mean freedom, and then
After repeated collisions with the inner wall of the neutralization cell 3, gas particles, ion beams, etc., the direction of movement of the gas particles becomes isotropic, diffuses, and emerges toward the exhaust pump. In this case, since a flow that inhibits gas diffusion occurs at the end of the neutralization cell 3, it is possible to increase the pressure inside the neutralization cell 3 without particularly increasing the amount of gas supplied, and the ion beam It is possible to increase the carbonation efficiency of Furthermore, since the amount of gas to be supplied is not large, there is no need to increase the size of a cryopump or the like for evacuation. In other words, the gas load on the vacuum pump can be reduced. Furthermore, nozzle 1
Even higher effects can be expected by making the diameter of No. 4 as thin as possible and increasing the directivity of the gas flow. Note that the energy of the ion beam A + is usually several tens of keV, whereas the energy of the injected gas B is about the energy of thermal motion, so even if the gas flow is in the opposite direction to the ion beam, the energy of the neutral particle beam A * will be reduced. There is nothing to do and no problem.

以上説明した本発明の中性粒子入射装置によれ
ば、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、該イオンの電荷を
中性化するための中性化セル内へのガス供給手段
での外部からのガス導入を、前記イオン源側に向
けて行なうようにしたものであるから、中性化セ
ル内端部でガス拡散を阻害する流れが生じ、特に
供給ガス量を多くすることなく中性化セル内の圧
力を高くすることが可能となり、イオンビームの
中性化効率を高くすることができることは勿論、
供給ガス量が多くないため、真空排気のための装
置等を大きくする必要がなく、真空排気ポンプの
ガス負荷を低減でき、此種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, the neutral particle injection device is provided in the middle of the trajectory of ions extracted via the extraction acceleration electrode from the ion source that discharges gas and extracts and accelerates the ions being discharged. Since gas is introduced from the outside by the gas supply means into the neutralization cell to neutralize the electric charge, toward the ion source side, the inner end of the neutralization cell This creates a flow that inhibits gas diffusion, making it possible to increase the pressure inside the neutralization cell without particularly increasing the amount of gas supplied, which of course increases the neutralization efficiency of the ion beam.
Since the amount of gas to be supplied is not large, there is no need to increase the size of equipment for evacuation, and the gas load on the evacuation pump can be reduced, making it very effective when used in this type of 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の概略構成
図、第2図は本発明の一実施例を示す中性粒子入
射装置の概略構成図、第3図は第2図におけるノ
ズルが設けられている近傍の中性化セル断面図で
ある。 1……イオン源、2……引出加速電極、3……
中性化セル、4……中性粒子入射装置用真空容
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、14……ノズル。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional neutral particle injection device, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a neutral particle injection device showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which the nozzle shown in FIG. It is a sectional view of a neutralization cell in the vicinity of 1...Ion source, 2...Extraction acceleration electrode, 3...
Neutralization cell, 4... Vacuum container for neutral particle injection device, 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, 14 ... Nozzle.

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、前記中性化セルは、その
内部への前記ガス供給手段からのガスの導入を、
前記イオン源の方向に向けるようにしたことを特
徴とする中性粒子入射装置。 2 前記中性化セルは、真空室内に設けられたビ
ームダンプ側近傍に、前記イオン源方向に向つて
傾斜しているノズルを設け、該ノズルを介して前
記ガス供給手段よりガスを導入するようにしたこ
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。 3 前記ガス供給手段はガス源と、該ガス源から
ガスを導入するガスパルス導入弁と、一端が該ガ
スパルス導入弁と接続し、他端が前記中性化セル
と連通しているガス導入部とから構成することを
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. , the neutralization cell introduces gas from the gas supply means into its interior,
A neutral particle injection device characterized in that the neutral particle injection device is oriented in the direction of the ion source. 2. The neutralization cell is provided with a nozzle that is inclined toward the ion source near the beam dump side provided in the vacuum chamber, and gas is introduced from the gas supply means through the nozzle. A neutral particle injection device according to claim 1, characterized in that: 3. The gas supply means includes a gas source, a gas pulse introduction valve that introduces gas from the gas source, and a gas introduction part whose one end is connected to the gas pulse introduction valve and whose other end is in communication with the neutralization cell. A neutral particle injection device according to claim 1 or 2, characterized in that it is comprised of:
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