JPS6355757B2 - - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。