JP2001133570A - Inertia electrostatic containment nuclear fusion apparatus - Google Patents

Inertia electrostatic containment nuclear fusion apparatus

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JP2001133570A
JP2001133570A JP31194599A JP31194599A JP2001133570A JP 2001133570 A JP2001133570 A JP 2001133570A JP 31194599 A JP31194599 A JP 31194599A JP 31194599 A JP31194599 A JP 31194599A JP 2001133570 A JP2001133570 A JP 2001133570A
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一浩 竹内
Yukio Kawakubo
幸雄 川久保
Masanobu Tanaka
政信 田中
Takashi Okazaki
隆司 岡崎
Yoshiya Higuchi
佳也 樋口
Yoshihiko Nagamine
嘉彦 長峯
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    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a bundle of high intensity neutrons and a bundle of electric charge particles by improving ion generation efficiency and ion accelerating efficiency and heightening the nuclear fusion reaction rate in an inertia electrostatic containment nuclear fusion apparatus. SOLUTION: An anode is of a partition structure, and a vacuum exhaust port is provided to perform differential exhaust from the inside of the anode. Ions are mainly generated in the outside of the anode, and accelerated from an ion draw-out port toward the inside of the anode. The pressure in an ion generating area and the pressure in an ion accelerating area can be set independently, so that the degree of vacuum can be attained suitably for ion generation and acceleration so as to improve ion generation and acceleration efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、慣性静電閉じ込め
核融合装置に係り、特に、中性子または荷電粒子を発生
させるのに好適な慣性静電閉じ込め核融合装置に関す
る。The present invention relates to an inertial electrostatic confinement fusion device, and more particularly to an inertial electrostatic confinement fusion device suitable for generating neutrons or charged particles.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、慣性静電閉じ込め装置について
は、「プラズマ・核融合学会誌」第73巻第１０号第１０
８０頁から第１０８５頁」に詳しく述べられている。球
形の真空容器内に直径数１０cmの球形の陽極を配置し、
この陽極の内側に、格子状の直径数cmの球形の陰極を配
置している。陽極と陰極との間に、数１０〜１００ｋＶ
の高電圧を印加する。水素ガスのグロー放電により水素
イオンが生成され、この水素イオンが陰極に向って加速
される。格子状の陰極内部で水素イオン同士が衝突する
ことにより、核融合反応が生じ、中性子または荷電粒子
が発生する。陰極中心部に向かって加速された水素イオ
ンは、核融合反応を起こさず中心部を通過した後も、高
電圧による電界に引き戻され、再び中心部に戻ることを
繰り返し、この往復運動により核融合反応の発生率はさ
らに高まる。2. Description of the Related Art Conventionally, an inertial electrostatic confinement device has been disclosed in the Journal of Plasma and Fusion Society, Vol. 73, No. 10, No. 10.
Pp. 80 to 1085 ". Place a spherical anode with a diameter of several 10 cm in a spherical vacuum vessel,
Inside the anode, a grid-like spherical cathode having a diameter of several cm is arranged. Several tens to 100 kV between anode and cathode
Is applied. Hydrogen ions are generated by the glow discharge of the hydrogen gas, and the hydrogen ions are accelerated toward the cathode. When hydrogen ions collide with each other inside the lattice-shaped cathode, a nuclear fusion reaction occurs, and neutrons or charged particles are generated. The hydrogen ions accelerated toward the center of the cathode, after passing through the center without causing a nuclear fusion reaction, are returned to the electric field by the high voltage and return to the center again. The rate of occurrence of the reaction is further increased.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、グ
ロー放電により水素イオンが生成されるイオン生成領域
と、水素イオンの加速領域とが同一である。In the above prior art, the ion generation region in which hydrogen ions are generated by glow discharge and the hydrogen ion acceleration region are the same.

【０００４】発明者等は、イオン生成領域とイオン加速
領域が同一であるので、イオンの生成効率及びイオンの
加速効率が低くせざるを得ないという問題点があること
を発見した。すなわち、グロー放電に最適な圧力と、水
素イオンの加速に最適な圧力とが異なるため、水素イオ
ンの生成に適当な圧力を選べば水素イオンの加速の加速
効率が悪く、水素イオンの加速が良好な圧力では、水素
イオンの生成効率が悪くなる。以上述べた圧力は、何れ
も真空容器内の圧力である。[0004] The inventors have found that the ion generation region and the ion acceleration region are the same, so that there is a problem that the ion generation efficiency and the ion acceleration efficiency must be reduced. That is, since the optimal pressure for glow discharge and the optimal pressure for accelerating hydrogen ions are different, if an appropriate pressure for hydrogen ion generation is selected, the acceleration efficiency of hydrogen ion acceleration is poor, and the acceleration of hydrogen ions is good. At a low pressure, the efficiency of hydrogen ion generation is reduced. The pressures described above are all pressures in the vacuum vessel.

【０００５】更に、その問題点を具体的に説明する。グ
ロー放電には約１ｍTorr（１３３ｍＰａ）以上の圧力が
必要である。一方、この圧力の水素ガス中での水素イオ
ンの平均自由行程は１４.２cm であり、陽極の直径数１
０cmよりも小さい。したがって、水素イオンは、陰極に
向けて加速される途中で中性ガスと衝突し、エネルギを
失う。核融合反応発生率は水素イオンのエネルギに大き
く依存し、１００ｋｅＶ程度までのエネルギ領域では、
１０％のエネルギ差が１桁近い核融合反応断面積の差と
なる。[0005] Further, the problem will be specifically described. Glow discharge requires a pressure of about 1 mTorr (133 mPa) or more. On the other hand, the mean free path of hydrogen ions in hydrogen gas at this pressure is 14.2 cm, and
Less than 0cm. Therefore, the hydrogen ions collide with the neutral gas while being accelerated toward the cathode, and lose energy. The nuclear fusion reaction occurrence rate greatly depends on the energy of hydrogen ions, and in the energy region up to about 100 keV,
An energy difference of 10% results in a difference in fusion reaction cross section of almost one digit.

【０００６】水素イオンの平均自由行程は、圧力に逆比
例するため、圧力を０.１ｍTorr （１３.３ｍＰａ)と
すれば、平均自由行程は１４２cmとなり、陽極直径より
も大きく、水素イオンの加速効率および核融合反応率は
向上する。しかし、この場合、グロー放電によりプラズ
マを生成することは困難になる。つまり、イオンの平均
自由行程が大きい場合、イオンが中性原子・分子を衝突
電離する確率が小さく、したがってグロー放電を維持す
ることが難しい。このように、グロー放電効率とイオン
加速効率とは相反する要求であり、従来技術では、圧力
を両者の妥協点に設定している。Since the mean free path of hydrogen ions is inversely proportional to the pressure, if the pressure is 0.1 mTorr (13.3 mPa), the mean free path is 142 cm, which is larger than the anode diameter, and the acceleration efficiency of hydrogen ions is increased. And the fusion reaction rate is improved. However, in this case, it is difficult to generate plasma by glow discharge. That is, when the mean free path of the ions is large, the probability of the ions colliding and ionizing neutral atoms and molecules is small, and it is difficult to maintain glow discharge. As described above, the glow discharge efficiency and the ion acceleration efficiency are contradictory requirements, and in the related art, the pressure is set at a compromise between the two.

【０００７】本発明の目的は、イオンの生成効率及びイ
オンの加速効率を向上できる慣性静電閉じ込め核融合装
置を提供することにある。An object of the present invention is to provide an inertial electrostatic confinement fusion device that can improve the efficiency of ion generation and the acceleration of ions.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の特徴は、真空容器を備え、前記真空容器内のイオ
ン生成領域で生じたイオンを前記真空容器内のイオン加
速領域で加速する慣性静電閉じ込め核融合装置におい
て、前記イオン加速領域内の圧力を前記イオン生成領域
内の圧力よりも小さくする手段を備えたことにある。A feature of the present invention to achieve the above object is to provide a vacuum vessel, wherein ions generated in an ion generation area in the vacuum vessel are accelerated in an ion acceleration area in the vacuum vessel. In the inertial electrostatic confinement fusion device, there is provided means for making the pressure in the ion acceleration region smaller than the pressure in the ion generation region.

【０００９】イオン加速領域内の圧力をイオン生成領域
内の圧力よりも小さくできるので、イオン生成領域は圧
力を高く、イオン加速領域は圧力を低くすることができ
る。従って、イオン生成効率および加速効率を向上させ
ることができる。Since the pressure in the ion acceleration region can be made smaller than the pressure in the ion generation region, the pressure in the ion generation region can be high and the pressure in the ion acceleration region can be low. Therefore, ion generation efficiency and acceleration efficiency can be improved.

【００１０】[0010]

【発明の実施の形態】本発明は、発明者等が得た新たな
知見である、従来技術の問題点を解消するためになされ
たものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention has been made to solve the problems of the prior art, which are new findings obtained by the inventors.

【００１１】本発明の好適な一実施例である慣性静電閉
じ込め核融合装置を、図１及び図２を用いて以下に説明
する。本実施例の慣性静電閉じ込め核融合装置は、真空
容器１，陽極２，陰極３，排気管９及び真空ポンプ１０
を備える。球状の陽極２は、真空容器１内に配置され
る。格子状で球形の陰極３は、陽極２の内側に配置され
る。陰極３は電流導入端子１１に接続される。グロー電
極４は、真空容器１内で陽極２の外側に配置される。グ
ロー電極４は、陽極２を取囲んでいる。陽極２は、８個
のイオン引出し口７を有し、更に真空排気口８を有す
る。真空排気口８は１つであり、その面積は全イオン引
出し口７の合計面積よりも大きい。真空排気口８は、真
空ポンプ１０に接続される排気管９に連絡される。ガス
供給管１２が真空容器１に接続される。陽極２と真空容
器１は、同電位とし、機械的にも接続されている。陰極
３には電流導入端子１１により−１００ｋＶの電圧が印
加される。An inertial electrostatic confinement fusion device according to a preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The inertial electrostatic confinement fusion device of this embodiment comprises a vacuum vessel 1, an anode 2, a cathode 3, an exhaust pipe 9, and a vacuum pump 10
Is provided. The spherical anode 2 is arranged in the vacuum vessel 1. A grid-shaped and spherical cathode 3 is arranged inside the anode 2. Cathode 3 is connected to current introduction terminal 11. The glow electrode 4 is arranged outside the anode 2 in the vacuum vessel 1. Glow electrode 4 surrounds anode 2. The anode 2 has eight ion extraction ports 7 and further has a vacuum exhaust port 8. The number of the vacuum exhaust ports 8 is one, and the area thereof is larger than the total area of all the ion extraction ports 7. The vacuum exhaust port 8 is connected to an exhaust pipe 9 connected to a vacuum pump 10. The gas supply pipe 12 is connected to the vacuum vessel 1. The anode 2 and the vacuum vessel 1 have the same potential and are mechanically connected. A voltage of -100 kV is applied to the cathode 3 by the current introduction terminal 11.

【００１２】真空ポンプ１０が駆動され、陽極２より内
側の空間のガスが真空排気口８から吸引されて排気管９
を通して排気される。このため、陽極４より内側の空
間、すなわちイオン加速領域６が負圧に維持される。イ
オン生成領域５（陽極４より外側の空間）内のガスも、
陽極２に設けられたイオン引出し口７を介してイオン加
速領域６内に吸引され、排気管９を通して排気される。
このため、イオン生成領域５も負圧に維持される。イオ
ン引出し口７はイオン生成領域５からイオン加速領域６
へのガスの吸気口を兼ねている。The vacuum pump 10 is driven, and the gas in the space inside the anode 2 is sucked through the vacuum exhaust port 8 and exhaust gas 9
Exhausted through. Therefore, the space inside the anode 4, that is, the ion acceleration region 6 is maintained at a negative pressure. The gas in the ion generation region 5 (the space outside the anode 4) also
The ions are sucked into the ion acceleration region 6 through the ion extraction port 7 provided in the anode 2 and exhausted through the exhaust pipe 9.
Therefore, the ion generation region 5 is also maintained at the negative pressure. The ion extraction port 7 extends from the ion generation region 5 to the ion acceleration region 6
Also serves as a gas inlet to the gas.

【００１３】水素ガスがガス供給口１２より真空容器１
内に供給される。グロー電極４と陽極１の間に数１００
Ｖの電圧を印加することにより、グロー放電を起こしイ
オンを生成する。イオン生成領域５で生成されたイオン
１３は、イオン引出し口７を通ってイオン加速領域６内
に達し、ここで陰極３に向かって加速される。加速され
た各イオンが陰極３内で衝突することによって核融合反
応が生じ、中性子及び荷電粒子（例えば、陽子）を発生
する。The hydrogen gas is supplied from the gas supply port 12 to the vacuum vessel 1.
Supplied within. Several hundreds between glow electrode 4 and anode 1
By applying a voltage of V, glow discharge is caused to generate ions. The ions 13 generated in the ion generation region 5 reach the inside of the ion acceleration region 6 through the ion extraction port 7, where they are accelerated toward the cathode 3. The collision of the accelerated ions in the cathode 3 causes a nuclear fusion reaction to generate neutrons and charged particles (eg, protons).

【００１４】イオン生成領域５をイオンの生成に適切な
高圧力とし、イオン加速領域６をイオンの加速に適切な
低圧力とするには、前述したように、イオン引出し口７
の全面積よりも、真空排気口８の断面積をより大きくす
ればよい。これについて以下に具体的に説明する。To set the ion generation region 5 to a high pressure suitable for generating ions and set the ion acceleration region 6 to a low pressure suitable for accelerating ions, as described above, the ion extraction port 7 is used.
The cross-sectional area of the vacuum exhaust port 8 may be made larger than the total area. This will be specifically described below.

【００１５】陽極２の直径は約３０cmであり、陽極２に
設けられた８個のイオン引出し口７の各直径は１０mmで
ある。このとき、このイオン引出し口７のコンダクタン
スは、 Ｃ１＝１２０（リットル／ｓ） である。また、真空排気口８の直径は１００mmである。
イオン引出し口７のコンダクタンスは Ｃ２＝１５００（リットル／ｓ） となる。イオン生成領域５の圧力をＰ１、イオン加速領
域６の圧力をＰ２としたとき、Ｐ１＝０.００１（Tor
r），Ｐ２＝０.０００２（Torr）となるように、真空ポ
ンプ１０により差動排気する。このとき、排気管９を通
して排出されるガスの流量Ｑは、 Ｑ＝Ｃ１（Ｐ１−Ｐ２）＝０.０９６（Torr.リットル／
ｓ） となる。真空排気口８の下流側、すなわち排気管９内の
圧力Ｐ３、及び真空ポンプ１０の排気速度Ｓは、 Ｑ＝Ｃ２（Ｐ２−Ｐ３） ∴ Ｐ３＝Ｐ２−Ｑ／Ｃ２＝0.000136（Torr） Ｓ＝Ｑ／Ｐ３＝７０６（リットル／ｓ） となる。すなわち、到達圧力０.１(ｍTorr），排気速度
７００（リットル／ｓ）以上の能力を有する真空ポンプ
１０が必要である。その能力を有する真空ポンプ１０と
しては、中型以下の拡散ポンプが適当である。The diameter of the anode 2 is about 30 cm, and the diameter of each of the eight ion extraction ports 7 provided on the anode 2 is 10 mm. At this time, the conductance of the ion extraction port 7 is C1 = 120 (liter / s). The diameter of the vacuum exhaust port 8 is 100 mm.
The conductance of the ion extraction port 7 is C2 = 1500 (liter / s). When the pressure in the ion generation region 5 is P1 and the pressure in the ion acceleration region 6 is P2, P1 = 0.001 (Tor
r), differential evacuation is performed by the vacuum pump 10 so that P2 = 0.0002 (Torr). At this time, the flow rate Q of the gas discharged through the exhaust pipe 9 is as follows: Q = C1 (P1−P2) = 0.096 (Torr. Liter /
s) The pressure P3 in the downstream side of the vacuum exhaust port 8, that is, the pressure P3 in the exhaust pipe 9, and the exhaust speed S of the vacuum pump 10 are as follows: Q = C2 (P2-P3) ＱP3 = P2-Q / C2 = 0.000136 (Torr) S = Q / P3 = 706 (liter / s). That is, a vacuum pump 10 having an ultimate pressure of 0.1 (mTorr) and a pumping speed of 700 (liter / s) or more is required. As the vacuum pump 10 having such capability, a medium-sized or smaller diffusion pump is suitable.

【００１６】イオン生成領域５の圧力は０.００１Torr
となり、グロー放電を生じさせるための必要条件は満た
される。イオン生成領域５で１cm3 当り１×１０11個の
重水素イオンが生成されている場合、電子温度が２ｅＶ
であるとき、イオン飽和電流密度は９.６ｍＡ／cm2とな
る。従って、直径１０mm（面積０.７８５cm2）の１つの
イオン引出し口７から引き出せる電流の最大値は約７.
５ｍＡ であり、８個のイオン引出し口７では合計６０
ｍＡとなる。電流値をさらに増加させるには、プラズマ
引出し口７の個数を増やせばよいが、真空ポンプ１０の
排気速度を上述よりも大きくする必要があり、真空ポン
プ１０が大型化する。The pressure in the ion generation region 5 is 0.001 Torr
Thus, the necessary condition for causing the glow discharge is satisfied. When 1 × 10 11 deuterium ions are generated per 1 cm 3 in the ion generation region 5, the electron temperature is 2 eV
When, the ion saturation current density is 9.6 mA / cm 2 . Accordingly, the maximum value of the current that can be extracted from one ion extraction port 7 having a diameter of 10 mm (area of 0.785 cm 2 ) is about 7.
5 mA, and a total of 60 at eight ion extraction ports 7.
mA. To further increase the current value, the number of plasma outlets 7 may be increased, but the pumping speed of the vacuum pump 10 needs to be higher than that described above, and the vacuum pump 10 becomes larger.

【００１７】イオン加速領域６の圧力はイオン生成領域
５のそれよりも低い0.0002Torrとなり、水素イオンの平
均自由行程は７１cmとなって陽極２の直径よりも十分大
きく、イオン加速効率も向上する。The pressure in the ion acceleration region 6 is 0.0002 Torr, which is lower than that in the ion generation region 5, the mean free path of hydrogen ions is 71 cm, which is sufficiently larger than the diameter of the anode 2, and the ion acceleration efficiency is improved.

【００１８】本実施例は、真空排気口８の全面積が全イ
オン引出し口７の合計面積よりも大きくし、イオン加速
領域６を真空ポンプ１０で吸引している。真空排気口８
とイオン引出し口７との面積の差、すなわちコンダクタ
ンスの差により、陽極２で仕切られたイオン生成領域５
及びイオン加速領域６の圧力を適切な値に維持できかつ
イオン加速領域６の圧力をイオン生成領域５の圧力より
も低くすることができる。このため、それぞれを適切な
値に設定できるので、イオン生成効率および加速効率を
向上させることができる。In this embodiment, the entire area of the vacuum exhaust port 8 is larger than the total area of all the ion extraction ports 7, and the ion acceleration region 6 is sucked by the vacuum pump 10. Vacuum exhaust port 8
Due to the difference in the area between the electrode and the ion extraction port 7, that is, the difference in conductance, the ion generation region 5 partitioned by the anode 2
In addition, the pressure in the ion acceleration region 6 can be maintained at an appropriate value, and the pressure in the ion acceleration region 6 can be lower than the pressure in the ion generation region 5. For this reason, since each can be set to an appropriate value, ion generation efficiency and acceleration efficiency can be improved.

【００１９】本発明の第２の実施例である慣性静電閉じ
込め核融合装置を、図３を用いて説明する。図３におい
て、１３はイオンを示しており、イオン加速領域６内の
等高線１４は、陽極２と陰極３の間の等電位面を示して
いる。本実施例では、実施例１の構成に導電体格子１５
を設けたものであり、他の構成は実施例１と同じであ
る。導電体格子１５は真空排気口８に設置される。The inertial electrostatic confinement fusion device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, reference numeral 13 denotes ions, and contour lines 14 in the ion acceleration region 6 indicate an equipotential surface between the anode 2 and the cathode 3. In the present embodiment, the structure of the first embodiment has
The other configuration is the same as that of the first embodiment. The conductor grid 15 is provided at the evacuation port 8.

【００２０】真空容器１の内部、陽極２の背面（イオン
生成領域５）で生成されたイオン１３は、イオン引出し
口７からイオン加速領域６内に電界によって引き出さ
れ、陰極３へ向かって加速される。図３に示すように、
イオン引出し口７近傍では、等電位面１４が変形し、電
界がイオン引出し口７の中へ入り込むことにより、イオ
ン１３をイオン加速領域６内に引き出すことができる。
しかし、反面、イオン引出し口７部分での電界は歪むた
め、中心部の陰極３に向かう方向（半径方向）に直交す
る方向（周方向）の運動量をイオン１３に与え、これが
陰極３内部でのイオン１３同士の衝突確率を下げること
になる。導電体格子１５がない場合、真空排気口８にお
いて、イオン引出し口７の部分以上に大きい電界の歪み
が発生する。導電体格子１５を設けた場合、導電体格子
１５表面は陽極３と同電位となるので、図３に示すよう
に電界の歪みは発生しない。また、導電体格子１５は格
子であるため、真空排気のためのコンダクタンスが損な
われることはない。The ions 13 generated inside the vacuum vessel 1 and on the back side of the anode 2 (ion generation area 5) are extracted from the ion extraction port 7 into the ion acceleration area 6 by an electric field and accelerated toward the cathode 3. You. As shown in FIG.
In the vicinity of the ion extraction port 7, the equipotential surface 14 is deformed, and an electric field enters the ion extraction port 7, so that the ions 13 can be extracted into the ion acceleration region 6.
However, on the other hand, the electric field at the ion extraction port 7 is distorted, so that the momentum in the direction (circumferential direction) orthogonal to the direction (radial direction) toward the cathode 3 at the center is given to the ions 13, which is The collision probability between the ions 13 is reduced. When the conductor grid 15 is not provided, a large electric field distortion is generated in the vacuum exhaust port 8 at a position higher than the ion extraction port 7. When the conductor grid 15 is provided, the surface of the conductor grid 15 has the same potential as the anode 3, so that no electric field distortion occurs as shown in FIG. Further, since the conductor grid 15 is a grid, the conductance for evacuation is not impaired.

【００２１】陽極２の直径を３０cm、真空排気口８の直
径を１０cmとすると、両者の面積比は３６である。歪ん
だ電界により軌道を曲げられたイオン１３が陰極３の中
心部に収束できないと仮定すれば、その影響は１／３６
である。核融合反応率は、イオン電流値の２乗に比例す
るので、本実施例を用いない場合、核融合反応率が（３
５／３６）の２乗倍、すなわち９４.５％に低下する。
以上述べたように、本実施例によれば、真空排気口８で
の電場の歪みを抑制できるので、イオン軌道の歪みによ
る核融合反応率の約５％の低下を防ぐことができる。ま
た、真空排気口８が陽極２に対して相対的に大きくなれ
ば、本実施例を用いない場合の反応率の低下は、さらに
大きい。本実施例は、第１実施例と同様に、イオン加速
領域６の圧力をイオン生成領域５の圧力よりも低くする
ことができるので、実施例１と同様な効果を得ることが
できる。Assuming that the diameter of the anode 2 is 30 cm and the diameter of the evacuation port 8 is 10 cm, the area ratio between the two is 36. Assuming that the ions 13 whose trajectories are bent by the distorted electric field cannot converge on the center of the cathode 3, the effect is 1/36.
It is. Since the fusion reaction rate is proportional to the square of the ion current value, when this embodiment is not used, the fusion reaction rate is (3
5/36), that is, 94.5%.
As described above, according to this embodiment, since the electric field distortion at the vacuum exhaust port 8 can be suppressed, it is possible to prevent the nuclear fusion reaction rate from decreasing by about 5% due to the ion orbital distortion. If the vacuum exhaust port 8 is relatively large with respect to the anode 2, the reduction in the reaction rate when this embodiment is not used is even greater. In the present embodiment, as in the first embodiment, the pressure in the ion acceleration region 6 can be made lower than the pressure in the ion generation region 5, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【００２２】本発明の第３の実施例である慣性静電閉じ
込め核融合装置を、図４を用いて説明する。本実施例
は、第２実施例の構成に、導電体格子１６を付加したも
のである。導電体格子１６は、陽極２の内面に設置され
ている。A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a conductor grid 16 is added to the configuration of the second embodiment. The conductor grid 16 is provided on the inner surface of the anode 2.

【００２３】導電体格子１６を設けることにより、導電
体格子１６の表面が等電位面となる。イオン引出し口７
からイオン加速領域６内に引出されて加速されたイオン
１３は、核融合反応、及び陰極３との衝突で失われない
場合、図４の矢印に示したように再び陽極２の近傍に戻
る。このとき、イオン１３が保有するエネルギーは、イ
オン引出し口７から引出し時のエネルギーと同じ値であ
り、ほぼ０である。このため、イオン軌道上の運動にお
いてわずかでもエネルギー損失があれば、イオン１３は
陽極壁に衝突して失われることはない。しかし、エネル
ギー損失がない場合、あるいは、他のイオンからエネル
ギーを受け取った場合には、イオン１３は陽極壁に衝突
し失われる可能性がある。導電体格子１６を設けること
により、その格子位置でイオンのエネルギーは０とな
り、ほぼ静止状態のイオン１３が導電体格子１６と陽極
２の間に蓄積される。この部分の電位は、イオン１３が
集まることによって陽極２よりもさらに正となり、それ
以上のイオン１３が陽極壁に衝突することを防止する。
従って、本実施例によれば、陽極壁への衝突によるイオ
ンの消滅を抑制することができる。本実施例は、第２実
施例で生じる効果も得ることができる。By providing the conductor grid 16, the surface of the conductor grid 16 becomes an equipotential surface. Ion extraction port 7
When the ions 13 extracted from the ion accelerating region 6 and accelerated are not lost by the nuclear fusion reaction and the collision with the cathode 3, they return to the vicinity of the anode 2 again as shown by the arrow in FIG. At this time, the energy held by the ions 13 is the same value as the energy at the time of extraction from the ion extraction port 7 and is almost 0. Therefore, if there is any energy loss in the movement on the ion orbit, the ions 13 will not be lost by colliding with the anode wall. However, if there is no energy loss, or if energy is received from other ions, the ions 13 may collide with the anode wall and be lost. By providing the conductor grid 16, the ion energy becomes zero at the grid position, and the ions 13 in a substantially stationary state are accumulated between the conductor grid 16 and the anode 2. The potential of this portion becomes more positive than that of the anode 2 due to the collection of the ions 13, and prevents the further ions 13 from colliding with the anode wall.
Therefore, according to the present embodiment, the extinction of ions due to collision with the anode wall can be suppressed. This embodiment can also obtain the effects produced in the second embodiment.

【００２４】本発明の第４の実施例である慣性静電閉じ
込め核融合装置を、図５を用いて説明する。本実施例
は、第３実施例に誘電体１７を設置したものである。誘
電体１７は、陽極２と導電体格子１６との間に設置され
る。本実施例では、導電体格子１６の表面において速度
が０にならないイオン１３が誘電体１７に衝突する。こ
の結果、誘電体１７の電位を陽極２以上に押し上げる。
これにより、定常状態に達した後では、イオン１３は、
誘電体１７の電位に跳ね返され、誘電体１７または陽極
２及び導電体格子１６に衝突しない。このため、イオン
の損失を防ぐことができる。本実施例は、第３実施例と
同じ効果を得ることができる。An inertial electrostatic confinement fusion device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a dielectric 17 is provided in the third embodiment. The dielectric 17 is provided between the anode 2 and the conductor grid 16. In the present embodiment, ions 13 whose velocity does not become 0 on the surface of the conductor grid 16 collide with the dielectric 17. As a result, the potential of the dielectric 17 is pushed up to the anode 2 or higher.
Thereby, after reaching the steady state, the ions 13
It is rebounded by the potential of the dielectric 17 and does not collide with the dielectric 17 or the anode 2 and the conductor grid 16. For this reason, ion loss can be prevented. This embodiment can achieve the same effects as the third embodiment.

【００２５】本発明の第５の実施例である慣性静電閉じ
込め核融合装置を、図６により説明する。本実施例は、
第２実施例の構成に冷却配管１８を付加したものであ
る。冷却配管１８は陽極２の外面に設置されている。冷
却配管１８の設置により、陽極温度を、冷却配管１８内
を流れる冷媒の温度程度、例えばその冷媒が水であるな
らば１００℃程度とすることができる。図１に示したよ
うに、陰極３は電流導入端子である排気管９のみにより
支持されているので、イオンの衝突による損失を防ぐた
め、陰極自身に冷却構造をつけることは難しい。従っ
て、陰極３は輻射冷却のみにより冷却される。このた
め、陰極３を取り巻く陽極２の温度を下げることによ
り、陰極の冷却効率を向上できる。本実施例は第２実施
例で生じる効果も得ることができる。本実施例で用いら
れる冷却配管１８は、第２実施例以外の他の実施例にも
適用できる。A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment,
A cooling pipe 18 is added to the configuration of the second embodiment. The cooling pipe 18 is provided on the outer surface of the anode 2. By installing the cooling pipe 18, the anode temperature can be set to about the temperature of the refrigerant flowing in the cooling pipe 18, for example, about 100 ° C. if the refrigerant is water. As shown in FIG. 1, since the cathode 3 is supported only by the exhaust pipe 9 serving as a current introduction terminal, it is difficult to provide a cooling structure on the cathode itself to prevent loss due to ion collision. Therefore, the cathode 3 is cooled only by the radiation cooling. Therefore, by lowering the temperature of the anode 2 surrounding the cathode 3, the cooling efficiency of the cathode can be improved. This embodiment can also obtain the effects produced in the second embodiment. The cooling pipe 18 used in the present embodiment can be applied to other embodiments other than the second embodiment.

【００２６】本発明の第６の実施例である慣性静電閉じ
込め核融合装置を、図７を用いて説明する。本実施例
は、第１実施例の構成に永久磁石１９を付加したもので
ある。永久磁石１９は、隣り合う磁石の極性が異なるよ
うに真空容器１の表面に取り付けられる。永久磁石１９
の作用により磁力線２０が発生するので、イオンが磁力
線２０を横切って運動し難いことにより、真空容器壁へ
の衝突によるイオンの損失を抑制することができる。ま
た、磁場は互いに反転しているため、イオン加速領域で
の磁場は非常に弱く、イオン加速軌道には影響しない。
したがって、本実施例によれば、真空容器内部で生成す
るイオンの密度を上げることができ、核融合反応に関わ
るイオン数を増やすことができる。本実施例は、第１実
施例で生じる効果も得ることができる。永久磁石１９は
第２実施例から第５実施例のいずれにも適用できる。An inertial electrostatic confinement fusion device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a permanent magnet 19 is added to the configuration of the first embodiment. The permanent magnet 19 is attached to the surface of the vacuum vessel 1 so that adjacent magnets have different polarities. Permanent magnet 19
Since the magnetic field lines 20 are generated by the action of, the ions are less likely to move across the magnetic field lines 20, so that ion loss due to collision with the vacuum vessel wall can be suppressed. Also, since the magnetic fields are inverted, the magnetic field in the ion acceleration region is very weak and does not affect the ion acceleration trajectory.
Therefore, according to the present embodiment, the density of ions generated inside the vacuum vessel can be increased, and the number of ions involved in the nuclear fusion reaction can be increased. This embodiment can also obtain the effects produced in the first embodiment. The permanent magnet 19 can be applied to any of the second to fifth embodiments.

【００２７】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、イオンの生成効率及び
イオンの加速効率を向上させることができる。これによ
り、陰極内での核融合反応率を向上でき、発生する中性
子及び荷電粒子の強度を増加できる。According to the present invention, the efficiency of ion generation and the efficiency of ion acceleration can be improved. Thereby, the nuclear fusion reaction rate in the cathode can be improved, and the intensity of the generated neutrons and charged particles can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施例である慣性静電閉じ込め
核融合装置の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an inertial electrostatic confinement fusion device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】図１の排気管を有する陽極の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an anode having the exhaust pipe of FIG. 1;

【図３】本発明の第２の実施例である慣性静電閉じ込め
核融合装置の縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an inertial electrostatic confinement fusion device according to a second embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第３の実施例である慣性静電閉じ込め
核融合装置の縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an inertial electrostatic confinement fusion device according to a third embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第４の実施例である慣性静電閉じ込め
核融合装置の縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an inertial electrostatic confinement fusion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図６】本発明の第５の実施例である慣性静電閉じ込め
核融合装置の縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an inertial electrostatic confinement fusion device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図７】本発明の第６の実施例である慣性静電閉じ込め
核融合装置の縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an inertial electrostatic confinement fusion device according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…真空容器、２…陽極、３…陰極、４…グロー電極、
５…イオン生成領域、６…イオン加速領域、７…イオン
引出し口、８…真空排気口、９…排気管、１０…真空ポ
ンプ、１２…ガス供給口、１３…イオン、１５，１６…
導電体格子、１７…誘電体、１８…冷却配管、１９…永
久磁石。1: vacuum container, 2: anode, 3: cathode, 4: glow electrode,
5 ... Ion generation area, 6 ... Ion acceleration area, 7 ... Ion extraction port, 8 ... Vacuum exhaust port, 9 ... Exhaust pipe, 10 ... Vacuum pump, 12 ... Gas supply port, 13 ... Ion, 15, 16 ...
Conductor grid, 17: dielectric, 18: cooling pipe, 19: permanent magnet.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 政信 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 岡崎 隆司 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 樋口 佳也 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 長峯 嘉彦 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masanobu Tanaka 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Power & Electric Development Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takashi Okazaki Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 7-2-1, Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Laboratory (72) Inventor Yoshiya Higuchi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Laboratory (72) Inventor Yoshihiko Nagamine 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】真空容器を備え、前記真空容器内のイオン
生成領域で生じたイオンを前記真空容器内のイオン加速
領域で加速する慣性静電閉じ込め核融合装置において、 前記イオン加速領域内の圧力を前記イオン生成領域内の
圧力よりも小さくする手段を備えたことを特徴とする慣
性静電閉じ込め核融合装置。1. An inertial electrostatic confinement fusion device comprising a vacuum vessel, wherein ions generated in an ion generation area in the vacuum vessel are accelerated in an ion acceleration area in the vacuum vessel, wherein the pressure in the ion acceleration area is Means for making the pressure smaller than the pressure in the ion generation region. 【請求項２】真空容器と、真空容器内に配置された陽極
と、前記陽極付近で生成されたイオンが加速されて向か
う陰極とを備えた慣性静電閉じ込め核融合装置におい
て、 前記陽極に排気口を設け、前記陽極の内側からの排気を
前記排気口に連絡される排気手段によって前記真空容器
外に排気することを特徴とする慣性静電閉じ込め核融合
装置。2. An inertial electrostatic confinement fusion device including a vacuum vessel, an anode disposed in the vacuum vessel, and a cathode to which ions generated near the anode are accelerated and directed. An inertial electrostatic confinement fusion device characterized by comprising a port, and evacuating exhaust from inside the anode to the outside of the vacuum vessel by exhaust means connected to the exhaust port. 【請求項３】前記陽極に設けられた全イオン引出し口の
合計断面積よりも大きな断面積を前記排気口が有してい
る請求項２の慣性静電閉じ込め核融合装置。3. The inertial electrostatic confinement fusion device according to claim 2, wherein said exhaust port has a cross-sectional area larger than a total cross-sectional area of all ion extraction ports provided on said anode. 【請求項４】前記排気口に導電性格子を設けた請求項２
または請求項３の慣性静電閉じ込め核融合装置。4. The exhaust port is provided with a conductive grid.
Or the inertial electrostatic confinement fusion device of claim 3. 【請求項５】前記陽極の内側に他の導電体格子を設けた
請求項２乃至請求項４のいずれかの慣性静電閉じ込め核
融合装置。5. The inertial electrostatic confinement fusion device according to claim 2, wherein another conductive grid is provided inside the anode. 【請求項６】前記陽極と前記第２導電体格子との間に、
誘電体を配置した請求項５の慣性静電閉じ込め核融合装
置。6. The method according to claim 1, wherein said anode and said second conductor grid are provided between:
6. The inertial electrostatic confinement fusion device according to claim 5, wherein a dielectric is disposed. 【請求項７】陽極外側で極性を周期的に反転させた磁場
構造を設けた請求項１乃至請求項６のいずれかの慣性静
電閉じ込め核融合装置。7. The inertial electrostatic confinement fusion device according to claim 1, wherein a magnetic field structure whose polarity is periodically inverted outside the anode is provided. 【請求項８】前記陽極に冷却配管を設けた請求項１乃至
請求項７の慣性静電閉じ込め核融合装置。8. The inertial electrostatic confinement fusion device according to claim 1, wherein a cooling pipe is provided on the anode.
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