JP2747056B2 - Diamond synthesis method using intense pulsed beam - Google Patents
Diamond synthesis method using intense pulsed beamInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は人工ダイヤモンドの合成方法に関するもので
ある。The present invention relates to a method for synthesizing an artificial diamond.
（従来の技術） 従来の人工ダイヤモンドの合成方法としては、特公昭
48−75823号，特開昭49−8486号，同54−4298号等の各
公報に示されているように、爆薬の爆発による衝撃波に
起因して発生する５〜10万気圧の高圧及び数千度（℃）
の高温を原料の炭素に加え、人工のダイヤモンドを得て
いるものが一般的である。(Prior art) As a conventional method of synthesizing an artificial diamond,
As disclosed in JP-A-48-75823, JP-A-49-8486, and JP-A-54-4298, the pressure and pressure of 50,000 to 100,000 atmospheres generated by the shock wave due to the explosion of an explosive are used. Thousand degrees (℃)
In general, an artificial diamond is obtained by adding the high temperature to carbon as a raw material.
（発明が解決しようとする課題） 前記した従来の爆薬を用いるものは過去汎用され、改
良技術の提案はあるものの、基本的には同じ考えに立っ
ており、各種技術が豊富となっている今日、他の合成方
法があってもしかるべきところである。(Problems to be Solved by the Invention) The above-mentioned conventional explosives have been widely used in the past, and although there have been proposals for improved techniques, they basically have the same idea, and today various technologies are abundant. However, other synthesis methods are appropriate.
（課題を解決するための手段） そこで本発明は爆薬を用いない新規な人工ダイヤモン
ドの合成方法を提供せんとしたものである。(Means for Solving the Problems) Accordingly, the present invention has been made to provide a novel method for synthesizing an artificial diamond without using explosives.
本発明に係る人工ダイヤモンドの合成方法は、炭素材
料をホルダーに設置し、該ホルダー及び炭素材料の前方
に重金属から成るプレートを設置し、このプレートの前
方から強力パルスビームを照射して、前記炭素材料にア
ブレーション圧力を加えることを特徴とするものであ
る。In the method for synthesizing an artificial diamond according to the present invention, a carbon material is placed in a holder, a plate made of heavy metal is placed in front of the holder and the carbon material, and a strong pulse beam is irradiated from the front of the plate to form the carbon. The method is characterized in that ablation pressure is applied to a material.
（作 用） プレートに強力パルスビームを照射すると、プレート
表面に高温高密度のプラズマが発生し、このプラズマが
空間に吹き出して行くとき、プレートの反対方向に対し
て超高圧、即ちアブレーション圧力が発生する。このた
めプレート裏面側に配置された炭素材料には前記アブレ
ーション圧力が加わることになり、超高圧で圧縮されて
ダイヤモンドが合成される。(Operation) When a strong pulse beam is applied to a plate, high-temperature and high-density plasma is generated on the plate surface, and when this plasma blows out into space, an ultra-high pressure, that is, an ablation pressure is generated in the opposite direction of the plate. I do. Therefore, the ablation pressure is applied to the carbon material disposed on the back side of the plate, and the carbon material is compressed at an ultra-high pressure to synthesize diamond.
（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。(Example) Next, an example of the present invention will be described.
実施例としては強力パルスビームとして強力パルスイ
オンビーム（以下、単にイオンビームと云う）を用いた
例を示す。As an embodiment, an example in which a strong pulse ion beam (hereinafter simply referred to as an ion beam) is used as a strong pulse beam will be described.
本発明を実施する装置としては、強力パルスイオンビ
ーム発生装置（以下、単にイオンビーム発生装置と云
う）とこのイオンビーム発生装置ａのビーム照射位置に
配したダイヤモンド合成部５から構成される。イオンビ
ーム発生装置ａは、第１図に示すように高電圧発生部1,
ギャップスイッチ2,パルス整形線路3,イオンビーム発生
ダイオード４からなる。高電圧発生部１は第２図に示す
ような、並列充電，直列放電型のマルクスジェネレータ
で、直流電源11に多数の抵抗12を直列接続し、各抵抗12
の接続点にコンデンサ13の一端を接続し、隣り合うコン
デンサ13の各他端間に抵抗14を接続し、電源11に最も近
いコンデンサ13の負端をアースし、また隣り合うコンデ
ンサ13の電源11に近いコンデンサ13の正端を電源11から
遠い側のコンデンサ13の負端とを、放電時に接続可能と
するギャップスイッチ15を設け、出力端16に全てのコン
デンサ13の直列接続電圧が得られるようにしているもの
である。ギャップスイッチ２は前記高電圧発生部１のギ
ャップスイッチ15とタイミングを合わせてトリガーされ
るものであって、高電圧発生部１で得た高電圧をパルス
整形線路３に伝えるものである。パルス整形線路３は、
前記高電圧をイオンビーム発生に適した波形に整形する
ものであり、ここで整形された電圧がイオンビーム発生
ダイオード４に印加される。イオンビーム発生ダイオー
ド４は、例えば第３図に示すような外部磁場絶縁型ダイ
オードである。即ち第３図中41はアノードであって、前
記パルス整形線路３からの出力電圧が印加されるもので
ある。このアノード41の一側面には、後述するイオンビ
ームＡをある一点に向けて集中照射するべく断面弧状の
凹部42が設けられており、この凹部42にはイオン源43が
設けられており、本実施例の場合にはポリエチレン板を
貼着してある。44はカソードであって、アースされた金
属導体板に縦長の抜穴部441を設けたものである。45は
磁界を示すものであって、この磁界45はアノード41とカ
ソード44の距離方向と垂直方向に発生され、カソード44
からアノード41に向かう電子が再びカソード44に戻るよ
うにしている。尚イオンはその質量が大きいため、磁界
45の影響をほとんど受けずにカソード方向に向かう。イ
オンがカソード方向に向って移動することにより発する
イオンビームＡは、その一部はカソード44に衝突して吸
収されるが、他の大部分は上記抜穴部441を通過する。The apparatus for carrying out the present invention includes a strong pulse ion beam generator (hereinafter simply referred to as an ion beam generator) and a diamond synthesizing unit 5 arranged at a beam irradiation position of the ion beam generator a. As shown in FIG. 1, the ion beam generator a includes a high voltage generator 1,
It comprises a gap switch 2, a pulse shaping line 3, and an ion beam generating diode 4. The high voltage generator 1 is a parallel charging, series discharging type Marx generator as shown in FIG.
Is connected to one end of a capacitor 13, a resistor 14 is connected between the other ends of adjacent capacitors 13, the negative end of the capacitor 13 closest to the power supply 11 is grounded, and the power supply 11 A gap switch 15 is provided so that the positive terminal of the capacitor 13 close to the negative terminal of the capacitor 13 far from the power supply 11 can be connected at the time of discharging, so that a series connection voltage of all the capacitors 13 can be obtained at the output terminal 16. It is what you are doing. The gap switch 2 is triggered at the same timing as the gap switch 15 of the high-voltage generator 1, and transmits the high voltage obtained by the high-voltage generator 1 to the pulse shaping line 3. The pulse shaping line 3
The high voltage is shaped into a waveform suitable for generating an ion beam. The shaped voltage is applied to the ion beam generating diode 4. The ion beam generating diode 4 is, for example, an external magnetic field insulating diode as shown in FIG. That is, reference numeral 41 in FIG. 3 denotes an anode to which an output voltage from the pulse shaping line 3 is applied. On one side surface of the anode 41, a concave portion 42 having an arc-shaped cross section is provided so as to intensively irradiate an ion beam A, which will be described later, to a certain point, and the concave portion 42 is provided with an ion source 43. In the case of the embodiment, a polyethylene plate is stuck. Reference numeral 44 denotes a cathode provided with a vertically elongated hole 441 in a grounded metal conductor plate. Numeral 45 indicates a magnetic field. This magnetic field 45 is generated in a direction perpendicular to the distance direction between the anode 41 and the cathode 44,
Electrons traveling from the anode to the anode 41 return to the cathode 44 again. Since ions have a large mass, the magnetic field
Head towards the cathode with little effect of 45. A part of the ion beam A generated by the movement of the ions in the direction of the cathode collides with the cathode 44 and is absorbed.
ダイヤモンド合成部５は、第４図に示すような装置で
ある。即ち、ホルダー51,プレート52から構成され、ホ
ルダー51はステンレスで形成され、その一面に断面Ｖ形
状の溝511を設けてなる。この溝511内に人工ダイヤモン
ドの原料たる炭素材料例えばカーボン焼結体であるグラ
ファイトＢを充填し、その表面側に鉛で形成したプレー
ト52を配置している。The diamond synthesizing section 5 is an apparatus as shown in FIG. That is, the holder 51 is composed of a plate 52 and the holder 51 is made of stainless steel, and has a groove 511 having a V-shaped cross section on one surface thereof. The groove 511 is filled with a carbon material as a raw material of an artificial diamond, for example, graphite B which is a carbon sintered body, and a plate 52 made of lead is disposed on the surface side.
また、前記実施例の他、本発明を実施する他の実施例
のイオンビーム発生ダイオード４′として、第５図に示
すような、自己磁場絶縁型（プラズマフォーカス型）ダ
イオードを採用しても良い。これは筒型のアノード41′
の内面に溝を設け、この溝内にエポキシ樹脂系接着剤か
ら成るイオン源43′を充填すると共に、筒状で壁面に多
数の抜穴部441′を形成したカソード44′を前記アノー
ド41′の内方に位置せしめてなるもので、第６図に示す
ような鉛で形成して上面に断面Ｖ形状の溝511′を設け
た断面半円状のホルダー51′と、溝511′にグラファイ
トＢを充填後閉塞する前記実施例と同様なプレート52′
とからなるダイヤモンド合成部５′をイオンビーム発生
ダイオード４のカソード44′内の所定個所に配置してい
る。In addition to the above-described embodiment, a self-magnetic field insulation type (plasma focus type) diode as shown in FIG. 5 may be used as the ion beam generating diode 4 'of another embodiment of the present invention. . This is a cylindrical anode 41 '
A groove is formed on the inner surface of the anode 41 ', and the groove is filled with an ion source 43' made of an epoxy resin-based adhesive. The holder 51 'is made of lead as shown in FIG. 6 and has a V-shaped groove 511' on its upper surface, and a semicircular cross section 511 'is provided on the upper surface. A plate 52 'similar to the previous embodiment, which closes after filling B
The diamond synthesizing portion 5 'is disposed at a predetermined position in the cathode 44' of the ion beam generating diode 4.
上記各実施例において、高電圧発生部１で発生せしめ
た高電圧がイオンビーム発生ダイオード4,4′に供給さ
れると、供給電圧に対応するイオンビームＡがダイヤモ
ンド合成部5,5′を照射するもので、このイオンビーム
Ａがプレート52,52′の前記ホルダー51,51′及びグラフ
ァイトＢとは反対側に照射されると、この照射面側表面
には高温高密度のプラズマが発生し、このプラズマが空
間に吹き出す際にプレート52,52′の裏面側には超高圧
のアブレーション圧力が発生する。ホルダー51,51′が
固定されていれば、アブレーション圧力によりグラファ
イトＢが圧縮され、アブレーション圧力が充分に高けれ
ば、グラファイトＢはダイヤモンドとなるものである。
具体的には照射面上におけるイオンビームＡの電力密度
とアブレーション圧力との関係は JAPANESE JOURNAL O
F APPLIED PHYSICS VOL.21,NO.2,P.L84で一般に知られ
第７図に示す通りで、この図から一般にダイヤモンドの
合成に必要とされるアブレーション圧力（10万気圧程
度）を得るためには、0.2テラワット/cm2程度の電力密
度のイオンビームＡを照射すればよいことがわかる。In each of the above embodiments, when the high voltage generated by the high voltage generating unit 1 is supplied to the ion beam generating diodes 4, 4 ', the ion beam A corresponding to the supplied voltage irradiates the diamond synthesizing units 5, 5'. When the ion beam A is irradiated on the opposite side of the plates 52, 52 'from the holders 51, 51' and the graphite B, high-temperature, high-density plasma is generated on the irradiation surface side surface, When this plasma blows out into the space, an ultra-high ablation pressure is generated on the back side of the plates 52, 52 '. If the holders 51, 51 'are fixed, the graphite B is compressed by the ablation pressure, and if the ablation pressure is sufficiently high, the graphite B becomes diamond.
Specifically, the relationship between the power density of the ion beam A on the irradiation surface and the ablation pressure is as follows.
F APPLIED PHYSICS VOL.21, NO.2, P.L84 is generally known as shown in Fig.7. Can be obtained by irradiating an ion beam A having a power density of about 0.2 tera watts / cm 2 .
本発明者等が行った実験では、純度99.99％のグラフ
ァイトＢが1g、イオンビームＡのプレート52,52′上で
の電圧密度0.2テラワット/cm2、イオンビームＡの照射
時間30〜100ナノ秒とした場合に、一部のグラファイト
Ｂがダイヤモンドとなっていることを確認した。In experiments performed by the present inventors, 1 g of graphite B having a purity of 99.99% was used, the voltage density of the ion beam A on the plates 52, 52 'was 0.2 tera watts / cm 2 , and the irradiation time of the ion beam A was 30 to 100 nanoseconds. In this case, it was confirmed that some of the graphite B was diamond.
尚、前記実施例では強力パルスビームとしてイオンビ
ームを照射する例を示したが、電子ビームやレーザービ
ームを用いても、充分に高いアブレーション圧力を得る
ことは可能であり、同様に人工ダイヤモンドを合成可能
である。In the above-described embodiment, an example in which an ion beam is irradiated as a strong pulse beam is shown. However, it is possible to obtain a sufficiently high ablation pressure by using an electron beam or a laser beam. It is possible.
また炭素材料として前記実施例ではグラファイトを用
いたが、他の形態であってもダイヤモンドになり得る炭
素材料であれば任意のものを採用してもよい。Although graphite is used as the carbon material in the above embodiment, any other material may be used as long as it is a carbon material that can be diamond.
（発明の効果） 以上のように本発明は、ビーム照射によるアブレーシ
ョン圧力を用いた、人工ダイヤモンドの新規な合成方法
を提案したもので、これによって人工ダイヤモンドの合
成技術の豊富化を実現したものであり、大量の爆薬を使
用、保管する従来例に比べ安全性が高い。(Effects of the Invention) As described above, the present invention proposes a new method for synthesizing artificial diamond using ablation pressure by beam irradiation, and thereby realizes a wide variety of synthetic techniques for artificial diamond. Yes, the safety is higher than the conventional case that uses and stores a large amount of explosives.
第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は高
電圧発生部の回路例、第３図はイオンビーム発生ダイオ
ードの断面図、第４図（イ）及び（ロ）はダイヤモンド
合成部の分解斜視図及びその使用状態の断面図、第５図
は他の実施例のイオンビーム発生ダイオードの断面図、
第６図は他の実施例のダイヤモンド合成部の分解斜視
図、第７図はイオンビームの電力密度とアブレーション
圧力との関係を示す図である。 ａは強力パルスイオンビーム発生装置 １は高電圧発生部 11は電源 12,14は抵抗 13はコンデンサ 15はギャップスイッチ 16は出力端 ２はギャップスイッチ ３はパルス整形線路 4,4′はイオンビーム発生ダイオード 41,41′はアノード 42は凹部 43,43′はイオン源 44,44′はカソード 441,441′は抜穴部 45は磁界 5,5′はダイヤモンド合成部 51,51′はホルダー 511,511′は溝 52,52′はプレートFIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit example of a high voltage generator, FIG. 3 is a sectional view of an ion beam generating diode, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diamonds. FIG. 5 is an exploded perspective view of a combining unit and a sectional view of a state of use thereof, FIG. 5 is a sectional view of an ion beam generating diode of another embodiment,
FIG. 6 is an exploded perspective view of a diamond synthesizing section according to another embodiment, and FIG. 7 is a view showing a relationship between an ion beam power density and an ablation pressure. a is a strong pulse ion beam generator 1 is a high voltage generator 11 is a power supply 12, 14 is a resistor 13 is a capacitor 15 is a gap switch 16 is an output terminal 2 is a gap switch 3 is a pulse shaping line 4, 4 'is an ion beam generator Diodes 41, 41 'are anodes 42 are concave 43, 43' are ion sources 44, 44 'are cathodes 441, 441' are holes 45 are magnetic fields 5, 5 'are diamond composite parts 51, 51' are holders 511, 511 'are grooves 52, 52 'is a plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古内 重正 新潟県長岡市東蔵王２丁目２番34号 日 本精機株式会社内 (72)発明者 霜鳥 裕 新潟県長岡市東蔵王２丁目２番34号 日 本精機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigemasa Furuuchi 2-2-234 Higashizao, Nagaoka City, Niigata Prefecture Inside Nihon Seiki Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Shimodori 2-2-234 Higashizao, Nagaoka City, Niigata Prefecture Nippon Seiki Co., Ltd.
Claims (1)
及び炭素材料の前方に重金属から成るプレートを設置
し、このプレートの前方から強力パルスビームを照射し
て、前記炭素材料にアブレーション圧力を加えることを
特徴とする強力パルスビームを用いたダイヤモンド合成
方法。1. A carbon material is placed in a holder, a plate made of heavy metal is placed in front of the holder and the carbon material, and a strong pulse beam is applied from the front of the plate to apply ablation pressure to the carbon material. A method for synthesizing diamond using a strong pulse beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1237953A JP2747056B2 (en) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | Diamond synthesis method using intense pulsed beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP1237953A JP2747056B2 (en) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | Diamond synthesis method using intense pulsed beam |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03101825A JPH03101825A (en) | 1991-04-26 |
| JP2747056B2 true JP2747056B2 (en) | 1998-05-06 |
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|---|---|---|---|---|
| CN1055416C (en) * | 1994-11-15 | 2000-08-16 | 李世英 | Explosive synthetic method for micronized diamond and its apparatus |
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1989
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| JPH03101825A (en) | 1991-04-26 |
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