JP2003270400A - Pig type negative ion source for neutron generation tube - Google Patents
Pig type negative ion source for neutron generation tubeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】中性子発生源としては原子
炉、加速器、アイソトープ等がある。これらは強力な中
性子源であるが高価で移動が困難である。可搬型の強力
な中性子源により、地下資源の探査、治療用中性子源、
地雷や空港での手荷物中の火薬や麻薬の検査等が簡便に
できる。BACKGROUND OF THE INVENTION Neutron sources include nuclear reactors, accelerators and isotopes. These are powerful neutron sources, but they are expensive and difficult to move. Exploration of underground resources, therapeutic neutron source,
You can easily inspect landmines and gunpowder and narcotics in your baggage at airports.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の密封中性子発生管（特願平１０−
３３４２１７）の加速方式は接地側に配設されたＰＩＧ
イオン源で重陽子イオン叉は三重水素イオンをつくり、
これをイオン源に対して負の高電圧（−６０ｋＶ〜−１
２０ｋＶ）にある重水素叉は三重水素を含んだ金属ター
ゲットに向けて加速し、Ｄ−Ｄ叉はＤ−Ｔ核融合反応を
生じしめ中性子を発生する。2. Description of the Related Art A conventional sealed neutron generator tube (Japanese Patent Application No. 10-
334217) acceleration method is the PIG installed on the ground side
Ion source creates deuteron ions or tritium ions,
This is a negative high voltage (-60 kV to -1) with respect to the ion source.
It accelerates toward a metal target containing deuterium or tritium at 20 kV) to cause a DD or DT fusion reaction and generate neutrons.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は可搬型密封中性子発生管において高密度中性子を安定
して必要な時に必要な時間放出することにある。従来方
式では金属管として密封真空容器壁として使用し、ター
ゲットに負極性の高電圧を与える。この場合ビーム加速
中にターゲットを包み込む静電遮蔽（ファラデーカッ
プ）電極表面に電子の電界放射点が形成され易く、そこ
から電子電流が器壁に向って際限なく流れ始めるのが一
般的である。今日の技術でこの暗電流を阻止する有効な
手立てが見出されていない。The problem to be solved is to stably release high-density neutrons in a portable sealed neutron generator tube at a necessary time for a necessary time. In the conventional method, a metal tube is used as a sealed vacuum vessel wall, and a high negative voltage is applied to the target. In this case, it is common that electron field emission points are easily formed on the surface of the electrostatic shield (Faraday cup) electrode that wraps the target during beam acceleration, and the electron current generally begins to flow toward the vessel wall from there endlessly. Today's technology has not found an effective way to prevent this dark current.
【０００４】
類の分子イオンも生成され、原子イオンに混在してして
加速される。これら分子イオンは陽子当たりのエネルギ
ーが原子イオン加速に比べて１／２叉は１／３となるた
め、中性子収量の寄与率は極めて小さい。さらに炭素、
酸素等イオン源電極内に含まれる重元素も正イオンとし
て加速される。これ等イオンは中性子収量に全く寄与し
ないばかりでなく、ターゲットに衝突して水素吸蔵箔膜
を激しくスパッターしターゲットを消耗させ、ターゲッ
トの寿命を短くし中性子収量を激減させる。[0004] Molecular ions of the same class are also generated and mixed with atomic ions to be accelerated. Since the energy per proton of these molecular ions is 1/2 or 1/3 as compared with the acceleration of atomic ions, the contribution rate of the neutron yield is extremely small. More carbon,
Heavy elements contained in the ion source electrode such as oxygen are also accelerated as positive ions. These ions do not contribute to the neutron yield at all, but also collide with the target and sputter the hydrogen storage foil film violently to exhaust the target, shorten the life of the target and drastically reduce the neutron yield.
【０００５】負イオン加速の場合に懸念されることは負
イオンに随伴して電子が加速されることである。電子線
の加速は中性子の発生には全く寄与しなく電源の負荷が
増すばかりで電子線を除去しなくてはならない。A concern in the case of negative ion acceleration is that electrons are accelerated along with negative ions. The acceleration of the electron beam does not contribute to the generation of neutrons, the load of the power source only increases, and the electron beam must be removed.
【０００６】ダイポール磁界はイオンビーム軌道と形状
に若干の影響を与える。イオン源から放出された円径断
面を持つイオンビームは一つのダイポール磁界領域を通
過するとローレンツ力により軌道が偏向する。偏向と同
時にイオンビームの断面形状は円形から偏向方向を短軸
とする楕円に変形する。イオンビームの走行距離が長く
なる程、この楕円の短軸対長軸の長さ比が拡大してく
る。このことはターゲットにビームが均一密度で当たら
ないためターゲットの寿命は短くなり、同時にターゲッ
ト周縁電極にもストレービームが当たり易く、真空内高
電圧破壊を誘起し易くなる。The dipole magnetic field has some effect on the ion beam trajectory and shape. When the ion beam with a circular cross section emitted from the ion source passes through one dipole magnetic field region, its trajectory is deflected by the Lorentz force. Simultaneously with the deflection, the cross-sectional shape of the ion beam is transformed from a circular shape to an ellipse with the minor axis in the deflection direction. As the travel distance of the ion beam increases, the length ratio of the minor axis to the major axis of this ellipse increases. This means that the beam does not hit the target with a uniform density, so that the life of the target is shortened, and at the same time, the stray beam is likely to hit the target peripheral electrode as well, which easily causes high voltage breakdown in a vacuum.
【０００７】上記の問題点を解決するために、本発明で
は加速イオンを負イオンにすることでターゲットに印加
する高電圧の極性を正にすることができる。正極性の電
極表面からは電界電子放射が起こり得ない、イオン電界
放射はそれに必要な電界強度が電子放射の場合に比べて
少なくとも２〜３桁の強さである。従って実質的にイオ
ン電界放射は起こり得ない。In order to solve the above problems, in the present invention, by accelerating ions to be negative ions, the polarity of the high voltage applied to the target can be made positive. Field electron emission cannot occur from the positive electrode surface. Ion field emission has a required electric field strength of at least 2 to 3 orders of magnitude higher than that of electron emission. Therefore, substantially no ion field emission can occur.
【０００８】負イオン加速の場合、負の水素分子イオン
は存在せず、中性子生成のビーム利用率は１００％であ
る。叉重元素の負イオン生成量も小さく、ターゲットの
スパッター損傷寿命も著しく長くなる。In the case of negative ion acceleration, there are no negative hydrogen molecule ions, and the beam utilization rate for neutron production is 100%. The amount of negative ions of the heavy element is small, and the sputter damage life of the target is significantly extended.
【０００９】負イオン加速において懸念される問題は、
負イオンに随伴して同時加速されるプラズマ電子であ
る。これは加速電流の大半を占めるため、加速前に電子
を負イオンと完全に分離し除去しなければならない。こ
の目的にはイオン源出口に加速軸に直交するダイポール
磁界を配置して電子をこの磁界の中に捕捉することによ
り除去することが考えられる。捕捉磁界強度はビーム軸
上で百ガウスから数百ガウスの値を持つ。この強度の磁
界はプラズマ電子或いは加速前のビーム随伴電子を除去
するのに充分な強さである。The problem of concern in negative ion acceleration is
Plasma electrons are accelerated simultaneously with negative ions. Since this accounts for the majority of the acceleration current, the electrons must be completely separated and removed from the negative ions before acceleration. For this purpose, it is conceivable to arrange a dipole magnetic field orthogonal to the acceleration axis at the exit of the ion source and trap the electrons in this magnetic field to remove them. The trapping field strength has a value of 100 Gauss to several hundred Gauss on the beam axis. The magnetic field of this intensity is strong enough to remove plasma electrons or beam-associated electrons before acceleration.
【００１０】イオン源から放出されるプラズマジェット
に触れる電極（ビーム形成電極、パルスグリッド、チョ
ッピングプレート等）は全てダイポール磁界中に置く
か、その手前に配置しなければならない。即ちプラズマ
ジェット叉は低速イオンビームが電極に衝突するとその
衝突点より２次電子を叩き出し、ダイポール磁界が無い
場合、２次電子はイオンビームに混在してターゲットに
向けて加速されるからである。この２次電子電流強度は
加速電流強度の大部分を占めることもある。All electrodes (beam forming electrodes, pulse grids, chopping plates, etc.) that come into contact with the plasma jet emitted from the ion source must be placed in or before the dipole magnetic field. That is, when the plasma jet or the low-speed ion beam collides with the electrode, it ejects secondary electrons from the collision point, and when there is no dipole magnetic field, the secondary electrons are mixed with the ion beam and accelerated toward the target. . This secondary electron current intensity may occupy most of the acceleration current intensity.
【００１１】この問題を回避するには複数個の磁石を使
い、それが作るダイポール磁界の向きをビーム軸と直交
する方向にずらせば良い。そのずらす角度と磁石の数
（ダイポール磁界の数）及びその磁界強度はダイポール
磁界群を通過したイオンビーの偏向による集束角度がビ
ーム軸に垂直な面上で互いに直角な任意な方向で等しく
なるような値である。但し各磁石の作るビーム軸の磁界
強度はプラズマ電子のサイクロトロン直径が磁石の厚さ
（ダイポール磁界がビーム軸方向に対する厚さ）よりも
小さくなる値に設定しておかなければならない。To avoid this problem, a plurality of magnets may be used and the direction of the dipole magnetic field created by them may be shifted in the direction orthogonal to the beam axis. The shift angle, the number of magnets (the number of dipole magnetic fields) and the magnetic field strength are such that the focusing angles due to the deflection of the ion beams passing through the dipole magnetic field groups are equal in arbitrary directions perpendicular to each other on the plane perpendicular to the beam axis. It is a value. However, the magnetic field strength of the beam axis formed by each magnet must be set to a value such that the cyclotron diameter of plasma electrons is smaller than the thickness of the magnet (the thickness of the dipole magnetic field in the beam axis direction).
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】ＰＩＧ型負イオン源を装備した密
封金属管に、１０−２〜１０−３トール程度に重水素を
装填し、ＰＩＧ放電を点火し、引出し電極で負の重水素
イオンを引き出し正電圧を印加したチタニューム薄膜に
含侵したトリチューム・ターゲットに重水素イオンを衝
撃することでＤ＋Ｔ→Ｈｅ４＋ｎの核融合反応で１４．
１ＭｅＶの中性子を発生させる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A sealed metal tube equipped with a PIG-type negative ion source is charged with deuterium at about 10 −2 to 10 −3 Torr, PIG discharge is ignited, and negative deuterium ions are drawn at an extraction electrode. 14. By deuterium ion bombardment of the tritium target impregnated in the titanium thin film to which positive voltage is applied, a nuclear fusion reaction of D + T → He 4 + n is performed.
Generates 1 MeV neutrons.
【００１３】負イオンに随伴して加速される電子線は２
つ以上の偶数個のダイポール磁場を直角に印加すること
で電子を除去し電源負荷を軽くすることで安定した長寿
命の密封・可搬型中性子発生管を提供する。The number of electron beams accelerated by the negative ions is 2
A stable and long-lived sealed and portable neutron generator tube is provided by removing electrons and lightening the power supply load by applying at least two even-numbered dipole magnetic fields at right angles.
【００１４】引き出し電極と電子線除去磁場の間にパル
スグリッド又はチョッピング電極を配設し正のパルス電
圧を印加することで可搬型ＰＩＧ負イオン源搭載パルス
中性子発生管となる。A pulse grid or chopping electrode is provided between the extraction electrode and the electron beam removing magnetic field and a positive pulse voltage is applied to form a portable PIG negative ion source mounted pulse neutron generator tube.
【００１５】電子除去用ダイポール磁場の入り口又はダ
イポール磁場内にビーム成型グリッドを配設することで
ビーム形状を整えることができる。The beam shape can be adjusted by disposing a beam shaping grid in the entrance of the dipole magnetic field for electron removal or in the dipole magnetic field.
【００１６】[0016]
【実施例】図１は本発明実施のＰＩＧ型負イオン源を搭
載した密封型パルス中性子発生管の一実施例を示す。負
イオン源部内に配設されたＰＩＧ放電部１でプラズマを
生成させ、プラズマ引出し電極部２に正のパルス電圧を
印加することで負イオンをＰＩＧ放電部から引き出し、
プラズマ電子除去部１２で負イオンと一緒に加速される
電子のみを除去し、加速部４で重水素イオンを加速して
正の電圧を印加したターゲット部５で核融合反応を起し
中性子を発生する。FIG. 1 shows an embodiment of a sealed pulsed neutron generator tube equipped with a PIG type negative ion source according to the present invention. Plasma is generated in the PIG discharge unit 1 arranged in the negative ion source unit, and negative ions are extracted from the PIG discharge unit by applying a positive pulse voltage to the plasma extraction electrode unit 2.
The plasma electron removal unit 12 removes only the electrons that are accelerated together with the negative ions, and the acceleration unit 4 accelerates the deuterium ions to generate a neutron by causing a fusion reaction in the target unit 5 to which a positive voltage is applied. To do.
【００１７】重水素ガスは金属ケースで密閉された真空
管１４の中に置かれた水素吸蔵合金２０に溜めてある。
ターゲット５の表面にはトリチュームを吸蔵したチタニ
ューム金属薄膜を銅のバッキングプレートに接合しファ
ラデーカップ１５内に設置してある。誘電体１７で絶縁
し電位連結棒１６により真空管１３の外部に電気的に取
り出し、加速電源２５で正の電圧を印加する。Deuterium gas is stored in a hydrogen storage alloy 20 placed in a vacuum tube 14 sealed with a metal case.
On the surface of the target 5, a titanium metal thin film that occludes tritium is bonded to a copper backing plate and installed in the Faraday cup 15. It is insulated by a dielectric 17, electrically taken out of the vacuum tube 13 by a potential connecting rod 16, and a positive voltage is applied by an acceleration power supply 25.
【００１８】重水素ガスの圧力制御はリザーバー電源２
３の電流をリザーバー電流導入端子１９で真空管１４内
に導入し、水素吸蔵合金２０の温度を変えることで真空
管内のガス圧を変え負イオン源１の負イオン発生量を制
御する。The pressure control of deuterium gas is performed by the reservoir power source 2
The current of No. 3 is introduced into the vacuum tube 14 through the reservoir current introducing terminal 19 and the temperature of the hydrogen storage alloy 20 is changed to change the gas pressure in the vacuum tube and control the amount of negative ion generation of the negative ion source 1.
【００１９】図２はダイポール磁界を通過するイオン源
からのビーム軸に平行に走るプラズマジェトが磁界の作
用で跳ね返される電子と負イオンに分離される軌道を示
したものである。この場合負イオンの断面形状はその磁
界領域を通過することによって歪みを受け円径から楕円
へと変化する。ダイポール磁石６ａのダイポール磁場Ｂ
内をプラズマビームが通過した場合、負イオンＤ−に混
在する電子は捕獲さる。負イオンビーム形状は通過前の
円形断面７ａが通過後楕円７ｂに変形する。FIG. 2 shows trajectories in which a plasma jet running parallel to the beam axis from an ion source passing through a dipole magnetic field is separated into electrons and negative ions which are repelled by the action of the magnetic field. In this case, the cross-sectional shape of the negative ions is distorted by passing through the magnetic field region and changes from a circle diameter to an ellipse. Dipole magnetic field B of the dipole magnet 6a
When the plasma beam passes through the inside, the electrons mixed with the negative ions D − are trapped. In the negative ion beam shape, the circular cross section 7a before passing passes through and is transformed into an ellipse 7b after passing.
【００２０】図３はさらにもう一つのダイポール磁界を
ビーム軸と直角になるように２つのダイポール磁石を配
置した場合のビーム断面形状を示す。この場合２つのダ
イポール磁界を通過したビームは通過前と相似な形状を
保ったまま縮小される。２つのダイポール磁石を９０度
ずらして円形の負イオン７ａを入射すると２つのダイポ
ール磁石の境界面で楕円７ｃになり、２つの磁石を通過
すると７ａと合同７ｂになる。FIG. 3 shows the beam cross-sectional shape when two dipole magnets are arranged so that another dipole magnetic field is perpendicular to the beam axis. In this case, the beam that has passed through the two dipole magnetic fields is contracted while maintaining a shape similar to that before the passing. When the circular negative ions 7a are made incident by shifting the two dipole magnets by 90 degrees, an ellipse 7c is formed at the boundary surface between the two dipole magnets, and 7a and the congruent 7b are formed when passing through the two magnets.
【００２１】図４は図３のダイポール磁界にその磁界の
向きを逆転したダイポール磁界をもう１組付け加えたも
のである。４個のダイポール磁石は磁界の向きが互いに
９０°づつずれた配置となっている。この配置で４つの
ダイポール磁界を通過したビーム形状は通過前の形状７
ａと合同７ｂとなりビーム軸も共有する。４つのダイポ
ール磁石４に円形の負イオンαを入射すると２つのダイ
ポール磁界境界面上（６ｂと６ｂの境界）のビーム断面
は楕円７ｃとなり、２つのダイポール磁界６ｃを通過後
のビーム断面は通過前と合同７ｂとなる。FIG. 4 shows another combination of the dipole magnetic field shown in FIG. 3 and a dipole magnetic field in which the direction of the magnetic field is reversed. The four dipole magnets are arranged such that the directions of the magnetic fields are deviated from each other by 90 °. With this arrangement, the shape of the beam that has passed through the four dipole magnetic fields is the shape before passing 7
It becomes a joint 7b with a and also shares the beam axis. When circular negative ions α are incident on the four dipole magnets 4, the beam cross section on the boundary surface of the two dipole magnetic fields (the boundary between 6b and 6b) becomes an ellipse 7c, and the beam cross section after passing through the two dipole magnetic fields 6c is before passing. Will be combined with 7b.
【００２２】ＰＩＧ型負イオン源１はターゲットカソー
ド８とアノード電極９と軸方向の磁界を持つ筒状磁石１
０でＰＩＧ放電を発生し、プラズマ引き出し電極部２か
ら負イオンを引き出し，パルサー電源２４からパルスグ
リッド電流導入端子２１で真空管１３内に導入され、パ
ルスグリッド又はチョッピンググリッド９でパルス化さ
れた負イオンビームを引き出す。プラズマ電子除去部Ｄ
内にはイオンの進行方向に垂直な磁場をもつ電子トラッ
プ筒状永久磁石６で電子を負イオンから分離し、負イオ
ンをビーム成型グリッド１３で成型して加速部４に導
く。アノード電源２２からの出力電流はアノード電流導
入端子１８を経由して真空管１４内に導入される。The PIG type negative ion source 1 is a cylindrical magnet 1 having a target cathode 8, an anode electrode 9 and an axial magnetic field.
PIG discharge is generated at 0, negative ions are extracted from the plasma extraction electrode unit 2, are introduced into the vacuum tube 13 from the pulser power supply 24 at the pulse grid current introduction terminal 21, and are pulsed by the pulse grid or chopping grid 9. Pull out the beam. Plasma electron removal unit D
Electrons are separated from negative ions by an electron trap cylindrical permanent magnet 6 having a magnetic field perpendicular to the traveling direction of the ions, and the negative ions are shaped by a beam shaping grid 13 and guided to the accelerating unit 4. The output current from the anode power supply 22 is introduced into the vacuum tube 14 via the anode current introduction terminal 18.
【００２３】動作ガスは重水素で圧力は１×１０−４〜
５×１０−３Ｔｏｒｒである。圧力の調整は水素吸蔵合
金の通電過熱によって調整される。ＰＩＧ放電部から引
き出されたプラズマジェットはパルス化グリッド又はチ
ョッピングプレート１１にパルス電圧を供給してパルス
化された後、永久磁石６によって作られた電子トラップ
磁界へと進む。The working gas is deuterium and the pressure is from 1 × 10 -4 .
It is 5 × 10 −3 Torr. The pressure is adjusted by heating the hydrogen storage alloy with electricity. The plasma jet extracted from the PIG discharge unit supplies a pulse voltage to the pulse grid or chopping plate 11 to be pulsed, and then advances to the electron trap magnetic field created by the permanent magnet 6.
【００２４】永久磁石６は同形同強度の磁界を作る二つ
の永久磁石で構成され、プラズマジェットから電子を奪
い取る働きをする。その際の磁石は２つの働きを持つ。
１つはビーム形状を円形に保つ。これは２つの磁石が磁
界の向きを互いに９０度ずらすことで実現される。もう
１つの働きは両磁石の中間に設けた金属製のビーム形成
グリッド１３にプラズマイオンが衝突して発生する２次
電子を除去する。この永久磁石を通過した負イオンビー
ムは通過前の形状よりも若干程度縮小される。またビー
ム軌道も加速軸から少々偏差を受ける。加速ギャップが
小さい場合この偏差量は小さく、実用に殆ど問題となら
ない。The permanent magnet 6 is composed of two permanent magnets which produce a magnetic field of the same shape and strength, and serves to remove electrons from the plasma jet. The magnet at that time has two functions.
One keeps the beam shape circular. This is achieved by the two magnets offsetting the directions of the magnetic fields by 90 degrees. Another function is to remove secondary electrons generated by collision of plasma ions with the metal beam forming grid 13 provided between the magnets. The negative ion beam that has passed through the permanent magnet is contracted to some extent as compared with the shape before passing through. Also, the beam trajectory is slightly deviated from the acceleration axis. When the acceleration gap is small, this deviation amount is small and practically causes no problem.
【００２５】ビーム形成グリット１３は外部加速電場が
チョッピングプレートに到来して加速ビーム形状を歪ま
せる働きを防止することとビーム形状を整えるために必
要である。ビーム成形グリット１３を通過した重水素の
負イオンはファラデーカップ１５に向けて加速され、重
水素或いは三重水素を吸蔵したターゲット５に衝突して
核融合反応を起こし、その場所で中性子が発生する。The beam forming grit 13 is necessary to prevent the external accelerating electric field from reaching the chopping plate to distort the accelerating beam shape and to adjust the beam shape. Negative ions of deuterium that have passed through the beam forming grit 13 are accelerated toward the Faraday cup 15 and collide with the target 5 that stores deuterium or tritium to cause a nuclear fusion reaction, and neutrons are generated there.
【００２６】ターゲット及びファラデーカップ系には、
正イオン加速に必要な２次電子抑止磁石や自己バイアス
機構を持たせるための高抵抗体や絶縁スペーサーを全く
必要としない。これはターゲットに衝突して発生した２
次電子はターゲット自身が周囲に対して正極性の高電圧
になっているためにターゲットに全て引き戻されるから
である。For the target and Faraday cup system,
It does not require a high resistance material or an insulating spacer to have a secondary electron suppressing magnet or a self-biasing mechanism necessary for positive ion acceleration. This was generated by colliding with the target 2
This is because all the secondary electrons are pulled back to the target because the target itself has a high positive voltage with respect to the surroundings.
【００２７】ターゲットを正極性にすることの利点は負
イオンがターゲットを叩いた時に出る２次電子が外部電
界の作用で自動的にファラデーカップ内に引き戻される
ことである。このため従来のようにファラデーカップ内
に２次電子抑止用の永久磁石やファラデーカップ／ター
ゲット内に自己バイアス用内部抵抗体を持ち込む必要が
無くなる。このことは中性子発生管を地下資源探査に使
用する場合にボーリング刃のすぐ後に配設され激しい震
動と衝撃にさらされる故、軽量化ができ有利となる。The advantage of making the target positive is that secondary electrons emitted when the negative ions hit the target are automatically pulled back into the Faraday cup by the action of the external electric field. Therefore, it is not necessary to bring in a permanent magnet for suppressing secondary electrons in the Faraday cup or an internal resistor for self-bias in the Faraday cup / target as in the conventional case. When the neutron generator is used for underground resource exploration, this is advantageous because it is placed immediately after the boring blade and is exposed to severe vibrations and shocks, thus reducing the weight.
【００２８】以上説明したように本発明のＰＩＧ型負イ
オン源搭載密封可搬型中性子発生管は暗電流が少なく、
かつ安定して高電圧イオン加速が行なえる。さらに重水
素の分子や負イオンは存在せず、かつ水素以外の重たい
イオン種の重イオンの加速が少ないためターゲットの寿
命が大幅に改善され長寿命の密封可搬型パルス中性子発
生管が実現する。この事は可搬用中性子発生管で従来方
式に比べて２桁高い１０１０個／秒の高フラックス中性
子を発生でき、航空手荷物検査や地雷探査に応用でき
る。As described above, the PIG type negative ion source-equipped sealed portable neutron generator tube of the present invention has a small dark current,
In addition, high voltage ion acceleration can be stably performed. Furthermore, since there are no deuterium molecules and negative ions, and the acceleration of heavy ions of heavy ion species other than hydrogen is small, the life of the target is greatly improved and a long-lived sealed portable pulse neutron generator tube is realized. This is a portable neutron generator that can generate high flux neutrons of 10 10 / sec, which is two orders of magnitude higher than the conventional method, and can be applied to air baggage inspection and land mine exploration.
【図１】密封型パルス中性子発生管とＰＩＧ負イオン源
の一応用例。FIG. 1 shows an application example of a sealed pulsed neutron generator tube and a PIG negative ion source.
【図２】１つのダイポール磁石６ａによる電子捕獲機構
とビーム軌道。FIG. 2 shows an electron capture mechanism and a beam trajectory by one dipole magnet 6a.
【図３】２つのダイポール磁石６ｂによる電子捕獲機構
とビーム軌道。FIG. 3 shows an electron capture mechanism and a beam trajectory by two dipole magnets 6b.
【図４】２つのダイポール磁石６ｂを磁場の方向が９０
度ずれるように配置した４ケのダイポール磁石６ｃ。FIG. 4 shows two dipole magnets 6b whose magnetic field direction is 90 degrees.
Four dipole magnets 6c arranged so as to be offset.
→ 磁場の方向
１． ＰＩＧ型負イオン発生部
２． プラズマ引出し電極部
３． プラズマ電子除去部
４． 加速部
５． ターゲット部
６ａ． ダイポール磁石１
６ｂ． ダイポール磁石１の磁場方向と直交するダイポ
ール磁石を組合わせた２個のダイポール磁石
６ｃ． ２ケのダイポール磁石６ｂと１８０°ずらした
２つのダイポール磁石６ｂ
７ａ． ダイポール磁石に入射するビーム断面
７ｂ ダイポール磁石通過後のビーム断面
７ｃ． ２つのダイポール磁界境界面上でのビーム断面
８． ターゲットカソード
９． アノード
１０． イオン源筒状永久磁石（軸方向磁界）
１１． パルスグリッド又はチョッピンググリット
１２． 電子トラップチェンバー
１３． ビーム形成グリット
１４． 真空管
１５． ファラデーカップ
１６． 電位連結棒
１７． 誘電体
１８． アノード電流導入端子
１９． リザーバー電流導入端子
２０． 水素吸蔵合金
２１． パルスグリット電流導入端子
２２． アノード電源
２３． リザーバー電源
２４． パルサー電源
２５． 加速電源→ Direction of magnetic field 1. PIG-type negative ion generator 2. Plasma extraction electrode section 3. Plasma electron removing unit 4. Accelerator 5. Target part 6a. Dipole magnet 1 6b. Two dipole magnets 6c. Combining a dipole magnet orthogonal to the magnetic field direction of the dipole magnet 1c. Two dipole magnets 6b and two dipole magnets 6b 7a. Beam cross section 7b incident on dipole magnet Beam cross section 7c after passing through dipole magnet 7c. Beam cross section on the boundary surface of two dipole magnetic fields 8. Target cathode 9. Anode 10. Ion source cylindrical permanent magnet (axial magnetic field) 11. Pulse grid or chopping grid 12. Electronic trap chamber 13. Beam forming grit 14. Vacuum tube 15. Faraday cup 16. Potential connecting rod 17. Dielectric 18. Anode current introduction terminal 19. Reservoir current introduction terminal 20. Hydrogen storage alloy 21. Pulse grid current introduction terminal 22. Anode power supply 23. Reservoir power supply 24. Pulsar power supply 25. Acceleration power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 3/06 Ｈ０５Ｈ 3/06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) H05H 3/06 H05H 3/06
Claims (4)
重水素Ｔを加速して中性子を発生するパルス中性子発生
管においてＰＩＧ型負イオン源を具備して負イオンビー
ムを加速し、ターゲット５に印加する電圧の極性を正に
することを特徴とする小形中性子発生管。1. A pulsed neutron generator tube for accelerating deuterium D or tritium T in a sealed vacuum vessel to generate neutrons, and a PIG-type negative ion source is provided to accelerate a negative ion beam to obtain a target 5. A small neutron generator tube characterized in that the polarity of the voltage applied to it is made positive.
に使用するＰＩＧ型負イオン源の負イオン射出口の負イ
オン走行方向に垂直なダイポール磁界を与える磁石６を
複数個配置し、各磁石のダイポール磁石の方向は互いに
直角を形成し、夫々のダイポール磁界強度は負イオン走
行方向の有磁界領域にわたって積分したダイポール磁界
が零となるように配設した中性子発生管用ＰＩＧ型負イ
オン源。2. A plurality of magnets 6 for providing a dipole magnetic field perpendicular to the negative ion traveling direction of the negative ion ejection port of the PIG type negative ion source used for the small neutron generator according to claim 1, are arranged. PIG type negative ion sources for neutron generator tubes in which the directions of the dipole magnets are perpendicular to each other, and the dipole magnetic field strengths of the dipole magnets are arranged so that the integrated dipole magnetic field becomes zero over the magnetic field region in the negative ion traveling direction.
ビーム軸を共有する円形の孔を持った円盤状金属製磁石
で仕切ることを特長とする負イオン加速用パルス中性子
発生管。3. The pulsed neutron generator tube for accelerating negative ions according to claim 2, wherein each dipole magnet is partitioned by a disk-shaped metal magnet having a circular hole sharing a beam axis.
するグリッド、チョッピングプレート１１及びビーム成
形グリッド電極１３をイオン源プラズマ射出口とダイポ
ール磁石の間叉はダイポール磁石群の中に配設した請求
項１及び請求項２及び請求項３に記載のＰＩＧ型負イオ
ン源を搭載したパルス中性子発生管用。4. A grid for pulsing an ion source plasma beam, a chopping plate 11 and a beam shaping grid electrode 13 are arranged between the ion source plasma injection port and the dipole magnet or in the dipole magnet group. And a pulse neutron generator tube equipped with the PIG type negative ion source according to claim 2 or 3.
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