JP5082089B2

JP5082089B2 - Electron beam generation method and apparatus

Info

Publication number: JP5082089B2
Application number: JP2006032599A
Authority: JP
Inventors: 慶小寺; 哲之小西; 靖山本; 信幸井上
Original assignee: Kyoto University
Current assignee: Kyoto University
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: JP2007212294A

Description

この発明は電子線発生方法および装置に関し、特にたとえば、トカマク型やヘリカル型の円環型プラズマ閉じ込め装置を利用して円環を周回する電子を加速し、そこから電子線を引き出すようにした、新規な電子線発生方法および装置に関する。 The present invention relates to an electron beam generation method and apparatus, and in particular, for example, a tokamak-type or helical-type annular plasma confinement device is used to accelerate electrons that circulate around the annulus and extract an electron beam therefrom. The present invention relates to a novel electron beam generation method and apparatus.

たとえば、今までガンマ線などの放射線や紫外線、あるいは化学薬品を用いて行われてきた滅菌などの処理を電子線照射処理に置き換えることが試みられている。たとえば、紙加工で塗膜の硬質化のために電子線を用いた場合には、塗料に溶剤を含まないため、従来の塗膜形成方法に比べると環境負荷が小さく、コストも軽減することができる。また、医療器具などに用いられる放射線滅菌と異なり、扱いの困難な放射性物質を取り扱う必要がなく、出力を自在に制御することも可能である。このため、電界により電子を加速する各種の装置が開発され、電子線の利用に供されている。さらに、大規模な電子線源が利用可能であれば、下水処理で電子線照射によって殺菌することにより塩素を用いなくてもよくなるため、発がん性があり悪臭の基になるトリハロメタンが発生しないなど、環境負荷を軽減する試みが提案されている。 For example, attempts have been made to replace sterilization and the like, which has been performed using radiation such as gamma rays, ultraviolet rays, or chemicals, with electron beam irradiation. For example, when an electron beam is used to harden a coating film in paper processing, since the paint does not contain a solvent, the environmental load is smaller and the cost can be reduced compared to conventional coating film forming methods. it can. In addition, unlike radiation sterilization used for medical instruments, it is not necessary to handle radioactive materials that are difficult to handle, and the output can be freely controlled. For this reason, various devices for accelerating electrons by an electric field have been developed and used for electron beams. Furthermore, if a large-scale electron beam source is available, it is not necessary to use chlorine by sterilizing by electron beam irradiation in sewage treatment, so there is no generation of trihalomethane that is carcinogenic and offensive odor, etc. Attempts have been made to reduce the environmental burden.

特許文献１に電子ビーム加速器を利用した電子線源が開示されている。この特許文献１の電子線源は、同軸加速空洞内に電磁界を形成する加速器を含み、照射装置によって、この加速器で加速された電子を偏向させて電子ビームを誘導するものである。
特開２０００‐２８４０９９号公報 [G21 K 5/02 5/04 H05G 2/00 H05H 7/18] Patent Document 1 discloses an electron beam source using an electron beam accelerator. The electron beam source of Patent Document 1 includes an accelerator that forms an electromagnetic field in a coaxial acceleration cavity, and induces an electron beam by deflecting electrons accelerated by the accelerator by an irradiation device.
JP 2000-284099 A [G21 K 5/02 5/04 H05G 2/00 H05H 7/18]

しかしながら、特許文献１の電子線源では、エネルギは１０ＭｅＶ級であるが電流は１mＡ以下、出力は数ｋＷと小さく、したがって、上記した下水処理のような大規模照射用途に用いることはできない。 However, in the electron beam source of Patent Document 1, the energy is 10 MeV class, the current is 1 mA or less, and the output is as small as several kW. Therefore, it cannot be used for large-scale irradiation applications such as the above-described sewage treatment.

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、電子線発生方法および装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a novel electron beam generation method and apparatus.

この発明の他の目的は、高エネルギでかつ大電流の電子線を発生することができる、電子線発生方法および装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an electron beam generation method and apparatus capable of generating an electron beam having a high energy and a large current.

請求項１の発明は、内殻から外殻に至る円環形の閉じ込め磁気面によって中性プラズマを閉じ込める装置を用いて電子線を発生する方法であって、閉じ込めた中性プラズマに誘導起電力による電圧を印加することによって円環を周回する電子を選択的に加速し、高エネルギの電子を発生させ、そして閉じ込め磁場で電子を閉じ込め、周回加速しつつ、閉じ込め磁気面のうちの外殻の磁気面を一部破って装置の外へ高エネルギの電子を引き出す、電子線発生方法である。 The invention of claim 1 is a method for generating an electron beam using a device for confining a neutral plasma by an annular confinement magnetic surface extending from an inner shell to an outer shell, wherein the neutral plasma is induced by an induced electromotive force. Applying a voltage selectively accelerates the electrons that circulate around the annulus, generates high-energy electrons, confines the electrons in a confinement magnetic field , and accelerates the circulatory force while energizing the outer shell. This is an electron beam generation method in which a part of the surface is broken and high energy electrons are drawn out of the apparatus.

請求項１の発明では、たとえばヘリカルコイルを用いて円環形の閉じ込め磁気面を作るヘリカル装置や、同じくトロイダルコイルおよびポロイダルコイルを用いて内殻から外殻に至る円環形の閉じ込め磁気面を作るトカマク装置など、円環形の真空容器内に中性プラズマを生成し閉じ込める装置を用いる。たとえばプラズマと磁気結合しているコイルに変動する電流を与えることによって、プラズマに誘導起電力による周回電圧を印加すると、円環形の閉じ込め磁気面内に閉じ込められている中性プラズマの荷電粒子がその電圧によって加速される。このとき電子が選択的に加速され、閉じ込め磁気面内で周回を繰り返すことによって、高いエネルギを得る。つまり、電子は閉じ込め磁気面内を周回する毎に電圧が印加されるので、エネルギはほとんどすべてが周回速度の速い電子に与えられ、電子は周回する毎にさらに加速される。高速の電子は衝突断面積が小さくなり、他の粒子とほとんど相互作用せずに周回を繰り返す。したがって、電子が円環形の閉じ込め磁気面内で周回を繰り返すことによって、高エネルギの電子線となる。そして、その閉じ込め磁気面のうちの外殻の磁気面を一部破って、閉じ込め磁気面内に発生した高エネルギの電子がその装置（真空容器）の外部に引き出される。
請求項１の発明によれば、たとえばヘリカル装置やトカマク装置などの円環型プラズマ内で電子を加速し、それを引き出すようにしているので、高エネルギの電子を大量に発生させることができる。この発生方法では、熱電子などを陰極で発生する方法に比較して、円環プラズマの断面に相当する大面積で電子線を発生するため、大電流、かつ大口径の電子線を発生することができる。電極が存在しないため、その損傷は寿命の問題も存在しない。また、誘導起電力による電子の加速は、静電界あるいは高周波電界による加速に比べて、発熱などのエネルギ損失や、高周波発生に伴うエネルギ損失を伴わず、これら従来法の効率が５０％から高々７０％であるのに対し、９０％以上の効率が期待できる。したがって、大出力の電子線を安価で高効率に発生し、照射の処理の効率化を図ることができる。 In the invention of claim 1, for example, a helical device that creates an annular confinement magnetic surface using a helical coil, or a tokamak device that produces an annular confinement magnetic surface from the inner shell to the outer shell using a toroidal coil and a poloidal coil. For example, a device for generating and confining neutral plasma in an annular vacuum vessel is used. For example, when a circulating voltage due to an induced electromotive force is applied to the plasma by applying a fluctuating current to a coil that is magnetically coupled to the plasma, the charged particles of the neutral plasma confined in the annular confined magnetic surface Accelerated by voltage. At this time, electrons are selectively accelerated, and high energy is obtained by repeating the circulation in the confined magnetic surface. That is, since a voltage is applied every time the electrons circulate in the confined magnetic surface, almost all of the energy is given to the electrons having a high circulation speed, and the electrons are further accelerated each time they circulate. High-speed electrons have a small collision cross-section, and repeat their laps with little interaction with other particles. Therefore, the electrons are repeatedly encircled in an annular confinement magnetic surface, whereby a high energy electron beam is obtained. Then, a part of the magnetic surface of the outer shell of the confined magnetic surface is broken, and high energy electrons generated in the confined magnetic surface are drawn out of the device (vacuum container).
According to the first aspect of the present invention, since electrons are accelerated and extracted in an annular plasma such as a helical device or a tokamak device, a large amount of high energy electrons can be generated. In this generation method, an electron beam is generated in a large area corresponding to the cross section of the annular plasma as compared with a method in which thermionic electrons are generated at the cathode, so that a large current and large diameter electron beam is generated. Can do. Since there is no electrode, the damage is not a lifetime problem. In addition, the acceleration of electrons by induced electromotive force is not accompanied by energy loss such as heat generation or energy loss due to generation of high frequency compared with acceleration by electrostatic field or high frequency electric field, and the efficiency of these conventional methods is 50% to 70 at most. %, An efficiency of 90% or more can be expected. Therefore, a high-power electron beam can be generated inexpensively and with high efficiency, and the irradiation process can be made more efficient.

請求項２の発明は、内殻から外殻に至る円環形の閉じ込め磁気面で形成する閉じ込め磁場によって真空容器内にプラズマを閉じ込める装置、閉じ込めたプラズマを誘導起電力による電圧を印加し、円環を周回する電子を選択的に加速して高エネルギの電子を発生させるための誘導起電力発生手段、および閉じ込め磁場で電子を閉じ込め、周回加速しつつ、閉じ込め磁気面のうちの外殻の磁気面を一部破って真空容器の外へ高エネルギの電子を引き出す引き出し手段を備える、電子線発生装置である。 A second aspect of the present invention, apparatus for confining a plasma in the vacuum vessel by magnetic confinement is formed with magnetic surface confinement annular leading to outer shell from the inner shell, by applying a voltage by raising induce confinement plasma power, toric confine electrons in the induced electromotive force generating means because selectively accelerated by generating high energy electrons electrons orbiting, and magnetic confinement, while orbiting acceleration, the outer shell of the magnetic confinement surface magnetic Bei El withdrawal means withdrawing the high energy electrons to the outside of the vacuum vessel by breaking a part of the surface, an electron beam generator.

請求項２の発明では、円環形の真空容器（１２，１１２：実施例において相当する部分を例示する参照符号。以下、同様。）内あるいは外部にたとえばヘリカルコイル（２２，２４）を用いて円環形の閉じ込め磁気面を作るヘリカル装置や、同じく円環形の真空容器（２１２）内あるいは外部にトロイダルコイル（２２２）よびポロイダルコイル（２２４）を用いて円環形の閉じ込め磁気面を作るトカマク装置などを用いる。円環形の閉じ込め磁場は内殻から外殻に至るいくつかの磁気面で形成される。起電力発生手段は、たとえばプラズマと磁気結合しているコイル（２０）を含み、そのコイルに変動する電流を与えることによって、プラズマに誘導起電力による周回電圧を印加することができる。円環形の閉じ込め磁気面内に閉じ込められているプラズマの荷電粒子がその電圧によって加速される。その電子は閉じ込め磁気面内を周回する毎に電圧が印加されるので、エネルギはほとんどすべてが周回速度の速い電子に与えられ、電子は周回する毎にさらに加速される。高速の電子は衝突断面積が小さくなり、他の粒子とほとんど相互作用せずに周回を繰り返す。したがって、電子が円環形の閉じ込め磁気面内で周回を繰り返すことによって、高エネルギの電子線となる。この誘導起電力発生手段によって電子にその周回毎にたとえば２００Ｖの電圧を与えるとすると、その電子が１万回周回した場合には、２ＭｅＶの高エネルギの電子となる。引出し手段（３２，１３２，２３２）によって、その閉じ込め磁気面のうちの外殻の磁気面を一部破って、閉じ込め磁気面内に発生したたとえば２ＭｅＶの高エネルギの電子がその装置（真空容器）の外部に引き出される。 In the second aspect of the present invention, for example, a helical coil (22, 24) is used inside or outside the annular vacuum vessel (12, 112: reference numerals exemplifying corresponding portions in the embodiment, the same applies hereinafter). A helical device that creates an annular confined magnetic surface, or a tokamak device that creates an annular confined magnetic surface using a toroidal coil (222) and a poloidal coil (224) inside or outside an annular vacuum vessel (212) is also used. . An annular confinement magnetic field is formed by several magnetic surfaces from the inner shell to the outer shell. The electromotive force generating means includes, for example, a coil (20) magnetically coupled to the plasma, and by applying a current that fluctuates to the coil, a circulating voltage due to the induced electromotive force can be applied to the plasma. The charged particles of the plasma confined in the toroidal confinement magnetic surface are accelerated by the voltage. Since a voltage is applied to the electrons every time they circulate in the confined magnetic surface, almost all of the energy is given to electrons that have a high circulation speed, and the electrons are further accelerated each time they circulate. High-speed electrons have a small collision cross-section, and repeat their laps with little interaction with other particles. Therefore, the electrons are repeatedly encircled in an annular confinement magnetic surface, whereby a high energy electron beam is obtained. If this induced electromotive force generating means applies a voltage of, for example, 200 V to the electrons for each lap, if the electrons circulate 10,000 times, they become high-energy electrons of 2 MeV. A part of the magnetic surface of the outer shell of the confined magnetic surface is partially broken by the extraction means (32, 132, 232), and high energy electrons of, for example, 2 MeV generated in the confined magnetic surface are the device (vacuum container). Drawn outside.

このように請求項２の発明によれば、ヘリカル装置やトカマク装置の内部で電子を加速し、それを引き出すようにしているので、高エネルギの電子線を大量に発生させることができる。したがって、電子線照射の処理の効率化を図ることができる。 As described above, according to the second aspect of the present invention, electrons are accelerated inside the helical device or tokamak device and extracted, so that a large amount of high-energy electron beams can be generated. Therefore, the efficiency of the electron beam irradiation process can be improved.

請求項３の発明は、引出し手段は、真空容器から外に向かう磁力線を発生させるための第１磁力線発生手段を含む、請求項２記載の電子線発生装置である。 The invention according to claim 3 is the electron beam generator according to claim 2, wherein the drawing-out means includes first magnetic line generation means for generating magnetic lines of force going outward from the vacuum vessel.

請求項３の発明では、第１磁力線発生手段は、実施例でいえば引出しコイル（３２，１３２，２３２）に相当する。この引出しコイルによって真空容器から外部に向かう磁力線を形成することによって、閉じ込め磁気面のたとえば最外殻の磁気面が一部破断し、そこから閉じ込め磁気面内で周回を繰り返した高エネルギの電子がその引出し用磁力線の効果によって、真空容器の外へ飛び出す。 In the invention of claim 3, the first magnetic field line generating means corresponds to the drawing coil (32, 132, 232) in the embodiment. By forming magnetic lines of force from the vacuum vessel to the outside by this extraction coil, a part of the magnetic surface of the confined magnetic surface, for example, the outermost magnetic surface is broken, and high energy electrons that have repeatedly circulated within the confined magnetic surface are then generated. It jumps out of the vacuum container by the effect of the magnetic field lines for drawing.

請求項４の発明は、閉じ込め磁気面の形状を制御するための第２磁力線を発生する第２磁力線発生手段をさらに備える、請求項３記載の電子線発生装置である。 The invention according to claim 4 is the electron beam generator according to claim 3, further comprising second magnetic field line generating means for generating second magnetic field lines for controlling the shape of the confined magnetic surface.

上述のように、第１磁力線発生手段によって閉じ込め磁気面に破断部分を形成するのであるが、その影響が大きすぎると閉じ込め磁気面内に十分な量の荷電粒子（電子）を十分な時間にわたって閉じ込められなくなるので、請求項４の発明では、第２磁力線発生手段（３４，１３４，２３４）によって、その第１磁力線発生手段からの磁力線の閉じ込め磁気面に対する影響を可及的最小にするように、閉じ込め磁気面の形状を制御するための第２磁力線を発生する。つまり、第１磁力線発生手段および第２磁力線発生手段によって、閉じ込め磁気面に閉じ込める電子の量およびそこから引き出す電子の量を制御することができる。 As described above, the fracture portion is formed on the confined magnetic surface by the first magnetic field line generating means. If the influence is too great, a sufficient amount of charged particles (electrons) are confined in the confined magnetic surface for a sufficient time. Therefore, in the invention of claim 4, the second magnetic force line generating means (34, 134, 234) is designed to minimize the influence of the magnetic force lines from the first magnetic force line generating means on the confined magnetic surface as much as possible. A second magnetic field line for controlling the shape of the confined magnetic surface is generated. That is, the amount of electrons confined in the confined magnetic surface and the amount of electrons extracted therefrom can be controlled by the first magnetic field line generating means and the second magnetic field line generating means.

この発明によれば、プラズマ閉じ込め装置によって高エネルギの電子を発生し、それを大量に引き出すことができるので、大電流の電子線を発生することができる。前述のように、この電子線は、高エネルギであるばかりでなく従来は不可能であったレベルの１００mＡ台に及ぶ大電流、および大きな面積にわたって引き出すことができる。消耗性の部品はなく、加速効率も原理的にきわめて大きい。そのため、従来は不可能であったような大量の物質の電子線照射処理が効率的にかつ経済的に実施できる。 According to the present invention, high-energy electrons can be generated by the plasma confinement device, and a large amount of electrons can be extracted, so that a high-current electron beam can be generated. As described above, this electron beam is not only high energy but also capable of being drawn out over a large current and a large area on the order of 100 mA, which was impossible in the past. There are no consumable parts and the acceleration efficiency is extremely large in principle. Therefore, the electron beam irradiation treatment of a large amount of material that has been impossible in the past can be carried out efficiently and economically.

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

図１に示す実施例の電子線発生装置１０は、ドーナツ形状（円環形）の真空容器１２を含む。この真空容器１２は、図２からよく分かるように矩形の断面を有し、たとえば非磁性ステンレスなどからなり、その周側面１４には、比較的肉薄のたとえば非磁性チタンあるいはシリコンなどからなる複数の電子窓１６が形成されている。なお、この電子窓１６の配置角度間隔は、基本的には、後述のヘリカルコイル２２および２４の本数とピッチｍとに依存していて、実施例では、ｍ＝１２としたので、電子窓１６は１５°（＝３６０°÷２４）間隔で形成した。つまり、１周あたり１２回巻いたヘリカルコイルが２本ある場合には、磁場は、１周の間に２４周期で変化するので、電子が放出できる間隔は１５°となる。ただし、図２は図１の線II-IIにおける断面を示し、したがって、図２には図１の電子線発生装置１０の全体の右半分の断面だけが示されていることに留意されたい。 An electron beam generator 10 of the embodiment shown in FIG. 1 includes a doughnut-shaped (annular) vacuum vessel 12. As can be clearly understood from FIG. 2, the vacuum vessel 12 has a rectangular cross section, and is made of, for example, nonmagnetic stainless steel. A plurality of relatively thin walls, such as nonmagnetic titanium or silicon, are formed on the peripheral side surface 14 thereof. An electronic window 16 is formed. The arrangement angle interval of the electronic window 16 basically depends on the number of helical coils 22 and 24, which will be described later, and the pitch m. In the embodiment, m = 12. Were formed at intervals of 15 ° (= 360 ° ÷ 24). That is, when there are two helical coils wound 12 times per round, the magnetic field changes in 24 cycles during one round, so the interval at which electrons can be emitted is 15 °. However, it should be noted that FIG. 2 shows a cross section taken along line II-II in FIG. 1, and therefore only the entire right half cross section of the electron beam generator 10 in FIG. 1 is shown in FIG.

真空容器１２の円環の中空部１８には、この真空容器１２の内壁面と接するようにソレノイドコイル２０が設けられる。このソレノイドコイル２０は上記ヘリカルコイル２２および２４で形成する磁気面で閉じ込められた荷電粒子を、その誘導起電力で加速するためのものに相当する。 A solenoid coil 20 is provided in the annular hollow portion 18 of the vacuum vessel 12 so as to be in contact with the inner wall surface of the vacuum vessel 12. This solenoid coil 20 corresponds to accelerating charged particles confined on the magnetic surface formed by the helical coils 22 and 24 by the induced electromotive force.

真空容器１２は、その内部に、図３に示すような２つのヘリカルコイル２２および２４を固定的に支持するための支持部２６および２８が形成される。この実施例ではこのように、円環形の閉じ込め磁場を形成する手段として、２つのヘリカルコイル２２および２４を用いた。しかしながら、ヘリカルコイルの数は、３つ以上であってもよい。ただし、図３では、各コイルの配置を３次元で図解するために、図１および図２に示す真空容器１２は取り除いてある。 The vacuum vessel 12 has support portions 26 and 28 for fixedly supporting two helical coils 22 and 24 as shown in FIG. In this embodiment, two helical coils 22 and 24 are used as means for forming an annular confinement magnetic field. However, the number of helical coils may be three or more. However, in FIG. 3, the vacuum vessel 12 shown in FIGS. 1 and 2 is removed in order to illustrate the arrangement of the coils in three dimensions.

図３に示す２本のヘリカルコイル２２および２４は、ともに、図４に示す小半径ａで螺旋状に巻回され、その後、全体として半径Ｒで円環形に引き回したものである。 The two helical coils 22 and 24 shown in FIG. 3 are both spirally wound with a small radius “a” shown in FIG. 4, and then drawn into an annular shape with a radius R as a whole.

ここで、図４を参照してヘリカルコイル２２および２４のパラメータについて説明する。ａは上述のようにヘリカルコイル２２および２４の小半径であり、Ｒは大半径である。他のパラメータとして、「ｌ（小文字のエル）」と「ｍ」とがある。「ｌ」は、ヘリカルコイルの本数を示し、図示の実施例は２本のヘリカルコイル２２および２４が用いられるので、ｌ＝２である。また、「ｍ」は先に述べたように、ヘリカルコイル２２および２４のピッチを示す値で、ヘリカルコイルが、Ｚ軸周りの角度φ方向に一周する間にθ方向に何回巻かれるかを示す。実施例ではｍ＝１２と設定した。 Here, the parameters of the helical coils 22 and 24 will be described with reference to FIG. As described above, a is the small radius of the helical coils 22 and 24, and R is the large radius. Other parameters include “l (lowercase letter L)” and “m”. “L” indicates the number of helical coils, and in the illustrated embodiment, since two helical coils 22 and 24 are used, l = 2. As described above, “m” is a value indicating the pitch of the helical coils 22 and 24, and indicates how many times the helical coil is wound in the θ direction while making a round in the direction of the angle φ around the Z axis. Show. In the embodiment, m = 12.

図３に戻って、このようなヘリカルコイル２２および２４を囲むように、４本の垂直磁場コイル３０が配置される。これら垂直磁場コイル３０は、ヘリカルコイル２２および２４が作り出す垂直方向の磁場を打ち消すためのコイルであり、ヘリカルコイル２２および２４の上方に２本、下方に２本の垂直磁場コイル３０が設けられ、上下のそれぞれ２本の垂直磁場コイル３０は、水平面でヘリカルコイル２２および２４を挟むように配置される。これら垂直磁場コイル３０にヘリカルコイル２２および２４と逆向きの電流を流すことによって、ヘリカルコイル２２および２４が作り出す垂直方向の磁場を打ち消すことができる。 Returning to FIG. 3, four vertical magnetic field coils 30 are arranged so as to surround the helical coils 22 and 24. These vertical magnetic field coils 30 are coils for canceling the vertical magnetic field created by the helical coils 22 and 24. Two vertical magnetic field coils 30 are provided above the helical coils 22 and 24, and two vertical magnetic field coils 30 are provided below. The two vertical magnetic field coils 30 on the upper and lower sides are arranged so that the helical coils 22 and 24 are sandwiched between horizontal coils. By passing a current in the direction opposite to that of the helical coils 22 and 24 through these vertical magnetic field coils 30, the vertical magnetic field generated by the helical coils 22 and 24 can be canceled.

図１−図４に示す実施例の電子線発生装置１０では、真空容器１２と、真空容器１２内に設けられるヘリカルコイル２２および２４と、垂直磁場コイル３０とで、円環形のプラズマ閉じ込め装置を形成した。プラズマは、トーラス座標系φ方向（図４）の磁場であるトロイダル磁場とθ方向（図４）の磁場であるポロイダル磁場とによって形成される磁気面の中に閉じ込められる。閉じ込め領域を図５の参照符号「３２」で示す。 In the electron beam generator 10 of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, an annular plasma confinement device is constituted by a vacuum vessel 12, helical coils 22 and 24 provided in the vacuum vessel 12, and a vertical magnetic field coil 30. Formed. The plasma is confined in a magnetic surface formed by a toroidal magnetic field that is a magnetic field in the torus coordinate system φ direction (FIG. 4) and a poloidal magnetic field that is a magnetic field in the θ direction (FIG. 4). The confinement region is indicated by reference numeral “32” in FIG.

よく知られているように、ヘリカル型やトカマク型（まとめてトーラス型）のプラズマ閉じ込め装置では、荷電粒子は磁力線３４（図５）に巻き付くように運動するため、トロイダル磁場によってプラズマを閉じ込めることができる。 As is well known, in a helical or tokamak (collectively torus-type) plasma confinement device, charged particles move so as to wrap around the magnetic field lines 34 (FIG. 5), so that the plasma is confined by a toroidal magnetic field. Can do.

この実施例の電子線発生装置１０においては、発明者等は、誘導起電力によってヘリカル装置中に閉じ込められているプラズマ中の電子を加速して逃走電子を発生させ、これをヘリカル装置の外に引き出すことを考えた。ただし、逃走電子とは、高い運動エネルギを持ち閉じ込め領域３２（図５）に閉じ込められなくなった電子のことである。この逃走電子が多く発生するとプラズマ中の電荷平衡が崩れたり、発生した逃走電子が衝突して装置（真空容器やコイル）を傷めたりするために元来、核融合などの分野におけるプラズマ閉じ込め装置では逃走電子は歓迎されないため生成しない条件で運転されている。これに対して、このようにプラズマ閉じ込め装置からの逃走電子を逆に積極的に発生し、利用するという点で、この発明の考え方は全く新規なものである。 In the electron beam generator 10 of this embodiment, the inventors accelerate electrons in the plasma confined in the helical device by the induced electromotive force to generate runaway electrons, which are put out of the helical device. I thought about drawing out. However, runaway electrons are electrons that have high kinetic energy and are no longer confined in the confinement region 32 (FIG. 5). When many runaway electrons are generated, the charge balance in the plasma is lost, or the generated runaway electrons collide and damage the device (vacuum vessel or coil). The runaway electrons are not welcome and are operated without generating. On the other hand, the idea of the present invention is completely new in that the escape electrons from the plasma confinement device are positively generated and used.

実施例の装置１０では、磁気面によって閉じ込め領域３２に閉じ込められた荷電粒子を誘導磁場によって加速することによって、上記逃走電子を積極的に作りだす。そのための手段として、図１−図３に示すように、真空容器１２の中空部１８にＺ方向の磁場を作り出すソレノイドコイル２０を設置し、このソレノイドコイル２０の作り出す磁束の変化で発生する誘導起電力によって閉じ込め領域３２のプラズマを電流駆動するようにした。 In the apparatus 10 of an Example, the said escape electron is actively produced by accelerating the charged particle confine | sealed by the confinement area | region 32 with the magnetic surface by the induction magnetic field. As a means for this, as shown in FIGS. 1 to 3, a solenoid coil 20 that creates a magnetic field in the Z direction is installed in the hollow portion 18 of the vacuum vessel 12, and induction that occurs due to a change in magnetic flux that the solenoid coil 20 creates. The plasma in the confinement region 32 is driven by electric power.

図６は、先に示したヘリカルコイル２２および２４によって発生する磁場Ｂの方向、ソレノイドコイル２０による加速電圧Ｖの方向、この加速電圧Ｖによって発生するプラズマ電流Ｉｐの方向や電流駆動によって生じるポロイダル磁場ＢＩの方向を示している。駆動電流の方向はヘリカルコイル２２および２４の作り出す磁場Ｂとはφ方向（図４）に逆向きに流す。これは駆動電流が作り出す磁場ＢＩをポロイダル磁場の向きと同じ方向に揃えて、回転変換を大きくするためである。そのために、図６のような方向に電流を流す。 6 shows the direction of the magnetic field B generated by the helical coils 22 and 24, the direction of the acceleration voltage V by the solenoid coil 20, the direction of the plasma current Ip generated by the acceleration voltage V, and the poloidal magnetic field generated by current driving. The direction of BI is shown. The direction of the drive current is made to flow in the direction opposite to the φ direction (FIG. 4) with respect to the magnetic field B created by the helical coils 22 and 24. This is to increase the rotational transformation by aligning the magnetic field BI generated by the drive current in the same direction as the poloidal magnetic field. For this purpose, a current is passed in the direction as shown in FIG.

逆に駆動電流をＢと同じ向きに流す場合、ポロイダル磁場は弱められて回転変換は小さくなるため、加速による電子軌道の移動が大きくなる。そのため、閉じ込められる電子のエネルギは小さくなり、それに伴って引き出される電子のエネルギも低下すると考えられる。そのため、この実施例では、加速電圧Ｖをトロイダル磁場と逆向きにかけて駆動電流をヘリカルコイルの作る磁場Ｂと逆向きに流すように設定した。 On the other hand, when the drive current is made to flow in the same direction as B, the poloidal magnetic field is weakened and the rotational conversion becomes small, so that the movement of the electron orbit by acceleration increases. For this reason, it is considered that the energy of the confined electrons is reduced, and the energy of the extracted electrons is reduced accordingly. Therefore, in this embodiment, the acceleration voltage V is set in the direction opposite to the toroidal magnetic field, and the drive current is set to flow in the direction opposite to the magnetic field B formed by the helical coil.

なお、加速電圧Ｖは一方向にかけ続けることはできないため、実際の装置の運転ではたとえば図７に示すようにソレノイドコイルの電圧を変化させる。たとえば、区間ｔ１で電子を加速した後、区間ｔ２では回転変換が小さくなる方向に電流を流すことによってプラズマを消して電子を発生させない。そして、再び区間ｔ３ではプラズマ発生させて電子を加速し引き出す。以上のような運転を繰り返し行って、断続的に高エネルギの電子を発生させる。このように、この実施例では、ソレノイドコイル２０に変動する電流を流すことによって誘導起電力を発生させ、それによってプラズマ閉じ込め領域３２の電子を加速して逃走電子を増大させる。 Since the acceleration voltage V cannot be continuously applied in one direction, the voltage of the solenoid coil is changed as shown in FIG. For example, after accelerating electrons in the interval t1, the plasma is extinguished and no electrons are generated in the interval t2 by passing a current in a direction in which the rotational conversion becomes smaller. In section t3, plasma is generated again to accelerate and extract electrons. The above operation is repeated to intermittently generate high energy electrons. Thus, in this embodiment, an induced electromotive force is generated by flowing a fluctuating current through the solenoid coil 20, thereby accelerating electrons in the plasma confinement region 32 and increasing runaway electrons.

なお、図６においては閉じ込め領域３２は円弧状の一部しか図示していないが、ヘリカルコイル２２および２４が円環形に配置されているのであるから、この閉じ込め領域３２も当然円環形のものとなる。 In FIG. 6, only a part of the arcuate confinement region 32 is shown, but since the helical coils 22 and 24 are arranged in an annular shape, the confinement region 32 is naturally an annular shape. Become.

たとえば、ソレノイドコイル２０に変動電流を流すと、閉じ込め領域３２内に閉じ込められているプラズマ（荷電粒子）には、誘導起電力により周回電圧が発生する。閉じ込め領域３２は、全体としては、円環形であるため、その中の荷電粒子は、そのまま何もなければ、その円環形領域の中を周回し続ける。たとえば、現実の類似装置で発生例がある２００Ｖが発生したとし、荷電粒子が閉じ込め領域３２内を１万回周回したとすると、周回の都度２００Ｖがその荷電粒子に印加される訳であるから、荷電粒子には計算上２ＭｅＶに加速されることになる。ソレノイドコイル２０が発生する周回電圧を１００Ｖとした場合には、同様にして１ＭｅＶに加速された荷電粒子（電子）が発生する。 For example, when a variable current is passed through the solenoid coil 20, a circulating voltage is generated in the plasma (charged particles) confined in the confinement region 32 due to the induced electromotive force. Since the confinement region 32 has an annular shape as a whole, the charged particles therein continue to circulate in the annular region if there is nothing. For example, if 200 V, which is an example of occurrence in an actual similar device, is generated and the charged particles circulate 10,000 times in the confinement region 32, 200 V is applied to the charged particles every time the circuit circulates. Charged particles will be accelerated to 2 MeV in calculation. When the circulating voltage generated by the solenoid coil 20 is 100 V, charged particles (electrons) accelerated to 1 MeV are generated in the same manner.

この実施例のように、円環形の閉じ込め領域３２に荷電粒子を閉じ込めて周回させ、その周回の都度誘導起電力で一定電圧を印加するようにすれば、電子を加速するための機構が簡単である。たとえば、電子を加速する方法として電場によって加速する構成も知られているが、この方法だと、電場のための電極を周回路中に配置するなど複雑な構成が必要となる。これに対して、誘導起電力による周回電圧を採用する実施例の電子線発生装置１０では、たとえば実施例のソレノイドコイル２０のような、閉じ込め領域内の荷電粒子（プラズマ）と磁気結合するコイルを設けるだけの簡単な構成で、電子を加速することができる。 If the charged particles are confined and circulated in the annular confinement region 32 as in this embodiment, and a constant voltage is applied by the induced electromotive force each time the circulatory confinement is performed, the mechanism for accelerating the electrons is simple. is there. For example, as a method of accelerating electrons, a configuration of accelerating by an electric field is also known, but this method requires a complicated configuration such as arranging an electrode for the electric field in a peripheral circuit. On the other hand, in the electron beam generator 10 of the embodiment that employs the circulating voltage due to the induced electromotive force, a coil that magnetically couples with charged particles (plasma) in the confinement region, such as the solenoid coil 20 of the embodiment, for example. Electrons can be accelerated with a simple configuration simply provided.

ただし、閉じ込め領域内の荷電粒子（プラズマ）と磁気結合するコイル、実施例ではソレノイドコイル２０は、実施例では空心コイルを用いるようにした。しかしながら、制御の容易性や効率を考慮すれば、鉄心（コア）付きコイルを用いるようにしてもよい。 However, the coil that magnetically couples with charged particles (plasma) in the confinement region, that is, the solenoid coil 20 in the embodiment, is an air-core coil in the embodiment. However, in consideration of ease of control and efficiency, a coil with an iron core (core) may be used.

このようにして閉じ込め領域３２内で高エネルギの電子を発生させ、それを大量に真空容器１２の外に引き出すことによって、電子線を発生しようとするのが、実施例の電子線発生装置１０である。上述のように、閉じ込め領域内で電子が１万回周回することによってたとえば２ＭｅＶまたは１ＭｅＶに加速するので、その程度の回数周回を繰り返した電子を閉じ込め領域から引き出せば、それを高エネルギの電子として引き出すことができる。 In this way, the electron beam generator 10 of the embodiment attempts to generate an electron beam by generating high-energy electrons in the confinement region 32 and drawing a large amount of the electrons out of the vacuum vessel 12. is there. As described above, the electrons are accelerated to, for example, 2 MeV or 1 MeV by circulating around 10,000 times in the confinement region. Therefore, if an electron having repeated such a number of times is extracted from the confinement region, it is converted into a high-energy electron. It can be pulled out.

閉じ込め領域３２から高エネルギ電子を引出すためには、閉じ込め領域３２（図）を形成しているヘリカルコイル２２および２４による磁場の磁気面を一部破断すればよい。たとえば、閉じ込め領域３２は内殻から外殻に至るいくつかの磁気面で形成されるが、その最外殻の磁気面を一部破ることによって、上述のように多数回周回を重ねた電子だけをその閉じ込め領域から外へ飛び出させることができる。 In order to extract high energy electrons from the confinement region 32, the magnetic surface of the magnetic field by the helical coils 22 and 24 forming the confinement region 32 (see FIG.) May be partially broken. For example, the confinement region 32 is formed by several magnetic surfaces from the inner shell to the outer shell, but only the electrons that have made many rounds as described above by partially breaking the magnetic surface of the outer shell. Can jump out of its confinement area.

この閉じ込め領域３２の磁気面を一部破断させる手段として、実施例の装置１０では、図３に示す１対の引出しコイル３６ｕおよび３６ｄを用いる。ここで、添字「ｕ」は上側のコイルを示す意味で用い、「ｄ」は下側のコイルを示す意味で用いている。 As a means for partially breaking the magnetic surface of the confinement region 32, the apparatus 10 of the embodiment uses a pair of extraction coils 36u and 36d shown in FIG. Here, the suffix “u” is used to indicate the upper coil, and “d” is used to indicate the lower coil.

また、この実施例では、引出しコイル３６ｕおよび３６ｄの近傍に、１対のキャンセルコイル３８ｕおよび３８ｄをさらに設ける。 In this embodiment, a pair of cancel coils 38u and 38d are further provided in the vicinity of the drawing coils 36u and 36d.

図８を参照して、これらの引出しコイル３６およびキャンセルコイル３８の作用について説明する。図８は、実施例の装置１０のＺ-ｒ面における各コイルおよび磁力線を示す図解図である。 With reference to FIG. 8, the operation of the drawing coil 36 and the canceling coil 38 will be described. FIG. 8 is an illustrative view showing each coil and magnetic field lines in the Zr plane of the apparatus 10 of the embodiment.

閉じ込め領域３２の磁気面を一部破断するためには、垂直磁場コイル３０に囲まれた領域から外に出ていく磁場を形成すればよいが、この外へ向かう磁場は、図８に示すように、引出しコイル３６からの磁力線４０によって形成する。そうすることによって、逃走電子は、引出しコイル３６ｕおよび３６ｄが作る磁力線４０の効果によって真空容器１２の外に引き出される。 In order to partially break the magnetic surface of the confinement region 32, a magnetic field that goes out from the region surrounded by the vertical magnetic field coil 30 may be formed. This outward magnetic field is as shown in FIG. In addition, the magnetic field lines 40 from the extraction coil 36 are formed. By doing so, runaway electrons are drawn out of the vacuum vessel 12 by the effect of the magnetic field lines 40 created by the drawing coils 36u and 36d.

図９および図１０は、φ=０°での磁力線の向きおよび磁束密度を示している。磁力線の向きは図９にあるように引出しコイル３６ｕおよび３６ｄを設置した意図通りに引出しコイル３６ｕおよび３６ｄとキャンセルコイル３８ｕおよび３４ｄの間で、矢印４０Ａおよび４０Ｂで示すように、装置の中から外や外から中に向かう磁力線４０が形成されていることが分かる。ただし、２本の引出しコイル３６ｕおよび３６ｄの間では磁力線は、矢印４２に示すように、装置の外には向かっていない。それにも拘わらず、電子は、引き出し領域４４の矢印で示すように、ほとんど引出しコイル３６ｕおよび３２ｄの間から引き出されている。その理由は、図１０から容易に推測できる。 9 and 10 show the direction of magnetic lines of force and the magnetic flux density at φ = 0 °. As shown in FIG. 9, the direction of the magnetic field lines is between the extraction coils 36u and 36d and the cancellation coils 38u and 34d as intended by the installation of the extraction coils 36u and 36d. It can be seen that magnetic field lines 40 are formed from the outside to the inside. However, the line of magnetic force between the two extraction coils 36u and 36d does not go out of the apparatus as shown by an arrow 42. Nevertheless, the electrons are almost drawn from between the drawing coils 36u and 32d as indicated by the arrow in the drawing area 44. The reason can be easily guessed from FIG.

図１０に示すように、引出しコイル３６ｕおよび３６ｄの間の引出し領域４４では磁束密度がたとえば０．００１Ｔと非常に小さく、磁場がほとんどない場所もあることが分かる。そのため、この領域４４では、高いエネルギの電子は磁力線４０に沿っては運動せず、その結果多くの電子が引出しコイル３６ｕおよび３６ｄの間から外に出ていくと考えられる。図１１に真空容器１２内での電子の挙動を示すが、この図１１の中央部分が閉じ込め領域を示し、そこから引出しコイル３６の方向へ電子が飛び出しているのが分かる。 As shown in FIG. 10, it can be seen that in the extraction region 44 between the extraction coils 36u and 36d, the magnetic flux density is very small, for example, 0.001T, and there is a place where there is almost no magnetic field. Therefore, in this region 44, it is considered that high energy electrons do not move along the magnetic force lines 40, and as a result, a lot of electrons go out between the extraction coils 36u and 36d. FIG. 11 shows the behavior of electrons in the vacuum chamber 12, and it can be seen that the central portion of FIG. 11 shows a confinement region, and electrons are emitted from the region toward the extraction coil 36.

このように、実施例の装置１０では、第１磁力線発生手段を構成する引出しコイル３６で外向きの磁力線を作ることによって、閉じ込め領域３２の磁気面を一部破断させ、その破断部分から高エネルギの電子を引出すことができる。 As described above, in the apparatus 10 of the embodiment, the magnetic surface of the confinement region 32 is partially broken by generating an outward magnetic field line with the extraction coil 36 constituting the first magnetic field line generating means, and high energy is generated from the broken part. Of electrons can be withdrawn.

しかしながら、この引出しコイル３６ｕおよび３６ｄだけを設けた場合、閉じ込め領域３２でその磁力線４０が磁場を乱してしまい、この領域３２のプラズマを閉じ込め性能が劣化し、たとえば、閉じ込め磁場内に十分な量の電子を十分な時間に亘って閉じ込められなくなり、電子を十分に加速できなくなるという可能性がある。そこで、この実施例では、さらに閉じ込め領域３２における引出しコイル３６が発生する磁力線（第１磁力線）を打ち消す（減殺、または相殺する）別の磁力線（第２磁力線）を発生する第２磁力線発生手段としてのキャンセルコイル３８ｕおよび３８ｄを追加する。 However, when only the extraction coils 36u and 36d are provided, the magnetic field lines 40 disturb the magnetic field in the confinement region 32, and the confinement performance of the plasma in this region 32 deteriorates. For example, a sufficient amount in the confinement magnetic field. The electrons may not be confined for a sufficient time, and the electrons may not be accelerated sufficiently. Therefore, in this embodiment, as a second magnetic field generation means for generating another magnetic field line (second magnetic field line) that cancels (decreases or cancels) the magnetic field line (first magnetic field line) generated by the extraction coil 36 in the confinement region 32. Cancel coils 38u and 38d are added.

このキャンセルコイル３８ｕおよび３８ｄは、たとえば図８に示す引出しコイル３６ｕおよび３６ｄが発生する磁力線４０を、点線矢印で示すように絞り込むことによって、引出しコイル３６が形成する閉じ込め領域の破断部分を最適の大きさに設定することができる。 The cancel coils 38u and 38d, for example, narrow down the magnetic field lines 40 generated by the drawing coils 36u and 36d shown in FIG. 8 as indicated by dotted arrows, whereby the fracture portion of the confinement region formed by the drawing coil 36 is optimized. Can be set.

換言すれば、引き出しコイル３６およびキャンセルコイル３８のそれぞれ発生する磁力線の強さや方向を最適に調整することによって、閉じ込め領域３２における荷電粒子（電子）の周回を重ねることによる加速と、閉じ込め領域３２からの引出し電子量とを最適に設定することができる。閉じ込め領域３２の磁場への引出しコイル３６の影響をキャンセルするように、その引出しコイル３６に関連してキャンセルコイル３８を設けたため、ヘリカルコイルによる磁気面の最外殻に必要な大きさを保持でき、それによる閉じ込め領域３２も十分な量の荷電粒子を閉じ込めることができる。 In other words, by optimally adjusting the strength and direction of the lines of magnetic force generated by the extraction coil 36 and the cancellation coil 38, acceleration by overlapping the circulation of charged particles (electrons) in the confinement region 32, The amount of extracted electrons can be optimally set. Since the cancel coil 38 is provided in association with the extraction coil 36 so as to cancel the influence of the extraction coil 36 on the magnetic field of the confinement region 32, the required size of the outermost shell of the magnetic surface by the helical coil can be maintained. Thus, the confinement region 32 can confine a sufficient amount of charged particles.

なお、実施例の引き出しコイル３６やキャンセルコイル３８は、真空容器１２の内側でも外側でも、どちらに設けてもよい。 Note that the lead-out coil 36 and the cancel coil 38 of the embodiment may be provided either inside or outside the vacuum vessel 12.

ただし、引出しコイル３６の配置位置や電気的なパラメータ、たとえば電流値などを適当に設定することによって、この引出しコイル３６による閉じ込め領域３２の磁場への影響を最小にでき、それによってキャンセルコイル３８を用いる必要がなくなることも、可能性としては予測できる。 However, by appropriately setting the arrangement position of the extraction coil 36 and electrical parameters such as a current value, the influence of the extraction coil 36 on the magnetic field of the confinement region 32 can be minimized, and thereby the cancel coil 38 can be It is also possible to predict that there is no need to use it.

発明者等が検証のために実施した数値計算は、図１２に示すモデルによった。 Numerical calculations performed by the inventors for verification were based on the model shown in FIG.

数値計算は、まず引出しコイル３６をヘリカル型プラズマ閉じ込め装置すなわち真空容器１２の全体に円環と平行に取り付けた場合について行った。ここでは、そのときの計算条件を示す。コイルの配置は、図１２にあるように設置するとして計算を行った。また、図４のヘリカルコイルのパラメータ大半径Ｒ、小半径ａは、それぞれ１．０ｍ，０．１ｍとし、ヘリカルコイルのピッチｍは１２とした。 The numerical calculation was performed for the case where the extraction coil 36 was attached to the entire helical plasma confinement device, that is, the vacuum vessel 12 in parallel with the ring. Here, the calculation conditions at that time are shown. The calculation was performed assuming that the coils are installed as shown in FIG. In addition, the large radius R and the small radius a of the helical coil in FIG. 4 were 1.0 m and 0.1 m, respectively, and the helical coil pitch m was 12.

垂直磁場コイル３０はＺ方向において±０．２２ｍの場所に設置し、内側のコイルは半径０．８ｍとし、外側のコイルは半径１．２ｍとした。また、垂直磁場コイルに流す電流はヘリカルコイルの電流値との比を一定に保つようにした。さらに、引出しコイル３６ｕおよび３６ｄについては、図１２の距離ｌ（小文字エル）や距離ｚを変化させて計算を行った。電流値も計算条件によって変化させた。キャンセルコイル３８は、ｌ‐０．０２ｍ、±（ｚ＋０．１）ｍに配置し、電流は引出しコイル３６が磁気面中心ｒ＝１．０ｍ，ｚ＝０．０ｍに作る磁場と逆向きの磁場を作るように流した。なお、引出しコイル３６およびキャンセルコイル３８は、一辺０．０２ｍの正方形断面を有するものと仮定した。
［引き出される電流値の見積もり］
引出しコイル３６によって引き出すことのできる電流の最大値を見積もるが、そのためにまず、閉じ込め領域３２のプラズマ中に流すことのできる電流Ｉｐ（図６）の最大値を計算する。 The vertical magnetic field coil 30 was installed at a location of ± 0.22 m in the Z direction, the inner coil had a radius of 0.8 m, and the outer coil had a radius of 1.2 m. The ratio of the current passed through the vertical magnetic field coil to the current value of the helical coil was kept constant. Further, the extraction coils 36u and 36d were calculated by changing the distance l (lower case letter L) and the distance z in FIG. The current value was also changed according to the calculation conditions. The cancel coil 38 is arranged at 1−0.02 m, ± (z + 0.1) m, and the current is a magnetic field opposite to the magnetic field generated by the extraction coil 36 at the magnetic surface center r = 1.0 m and z = 0.0 m. Shed to make. It is assumed that the extraction coil 36 and the cancellation coil 38 have a square cross section with a side of 0.02 m.
[Estimation of current value to be drawn]
In order to estimate the maximum value of the current that can be drawn by the extraction coil 36, first, the maximum value of the current Ip (FIG. 6) that can flow in the plasma of the confinement region 32 is calculated.

引出しコイル３６ｕおよび３６ｄをｒ＝１．２６ｍ，ｚ＝±０．１ｍに、キャンセルコイル３８ｕおよび３８ｄをｒ＝１．２４ｍ，ｚ＝±０２ｍに配置した場合、引出しコイル３６ｕおよび３６ｄにヘリカルコイルの電流Ｉｈと同じ大きさの電流を流す場合は、引き出しコイルの電流Ｉｅ＝Ｉｈ＝１ｋＡでＢφ＝０．００４８Ｔ，Ｒ＝１．０ｍとなる。この場合、最外殻磁気面の半径ｒｍａｘはｒｍａｘ＝０．０４３ｍであり、したがって、このときにプラズマ中に流すことのできる電流Ｉｐの最大値Ｉｐｍａｘ＝１８．２Ａと求めることができる。よって、Ｉｈ０＝１ｋＡとすると、数１が得られる。 When the extraction coils 36u and 36d are arranged at r = 1.26 m, z = ± 0.1 m, and the cancellation coils 38u and 38d are arranged at r = 1.24 m, z = ± 02 m, the helical coils are arranged in the extraction coils 36u and 36d. When a current having the same magnitude as the current Ih is supplied, Bφ = 0.2048T and R = 1.0 m at the extraction coil current Ie = Ih = 1 kA. In this case, the radius rmax of the outermost shell magnetic surface is rmax = 0.043 m. Therefore, the maximum value Ipmax of the current Ip that can be passed through the plasma at this time can be obtained as 18.2A. Therefore, when Ih0 = 1 kA, Equation 1 is obtained.

［数１］
Ｉｐｍａｘ＝１．８２×１０^−２Ｉｈ
次に、引き出される電子の電流値を求める。逃走電子の発生が雪崩状態になっているときには、プラズマ電流中に逃走電子が占める割合は約９０％となっている。また、１周あたりの加速電圧をＶとし、引き出される電子の平均エネルギがＫのとき、逃走電子は装置内を平均Ｎ＝Ｋ／Ｖ周するため、実際に引き出される電流の値は１／１Ｖになる。さらに、引出しコイル３６ｕおよび３６ｄをｒ＝１．２６ｍ，ｚ＝±０．１ｍに配置したときには発生した逃走電子のおよそ９０％を装置の外に引き出すことができる。そのため、引き出される電子の電流値Ｉｅｘｔは、数２で与えられる。 [Equation 1]
Ipmax = 1.82 × 10 ⁻² Ih
Next, the current value of the extracted electrons is obtained. When the generation of runaway electrons is in an avalanche state, the percentage of runaway electrons in the plasma current is about 90%. Further, when the acceleration voltage per round is V and the average energy of the extracted electrons is K, the escaped electrons make an average N = K / V rounds in the apparatus, so the value of the actually drawn current is 1 / 1V. become. Further, when the extraction coils 36u and 36d are arranged at r = 1.26 m and z = ± 0.1 m, approximately 90% of the generated escape electrons can be drawn out of the apparatus. Therefore, the current value Iext of the extracted electrons is given by Equation 2.

［数２］
Ｉｅｘｔ＝｛（０．９×Ｉｐｍａｚ）／Ｎ｝×０．９
＝１．４７×１０^−２×（Ｖ／Ｋ）Ｉｈ
図１３は電子平均のエネルギに対する引き出される電流値の変化を表している。加速電圧Ｖの値は、１周あたり５０Ｖとその２倍，４倍にあたる１００Ｖ，２００Ｖについて計算した。 [Equation 2]
Iext = {(0.9 × Ipmaz) / N} × 0.9
= 1.47 × 10 ⁻² × (V / K) Ih
FIG. 13 shows a change in the drawn current value with respect to the electron average energy. The value of the accelerating voltage V was calculated for 50 V per round and 100 V and 200 V, which is twice or four times as much.

引き出される電子のエネルギは、エネルギが小さい領域ではヘリカルコイルの電流Ｉｈの２乗に比例し、大きくなるとＩｈに比例して増加する。そのため、エネルギＫが電子の静止質量よりも小さいＩｈ≦２０ｋＡではＫは急激に増加しているが、それよりＩｈが大きい領域ではＫはＩｈに比例して増加している。そして、Ｉｈ＝８０ｋＡでおよそ２ＭｅＶの電子が引き出すことが可能となる。 The energy of the extracted electrons is proportional to the square of the current Ih of the helical coil in a region where the energy is small, and increases in proportion to Ih as it increases. Therefore, K increases rapidly when Ih ≦ 20 kA where the energy K is smaller than the static mass of the electrons, but K increases in proportion to Ih in a region where Ih is larger than that. Then, approximately 2 MeV electrons can be extracted at Ih = 80 kA.

これに対し、引き出される電流はＫが低い領域では急激に減少し、相対論領域では一定の値に収束していく。引き出される電流値は、８００ｋｅＶの電子では加速電圧が５０Ｖの場合でも約５０ｍＡある。さらに、加速電圧２００Ｖの場合では、電子のエネルギが２ＭｅＶのときでも１００ｍＡ以上の電流値を出すことができる。
［引き出される電子の空間分布］
引出しコイル３６ｕおよび３６ｄをｒ＝１．２６ｍ，ｚ＝±０．１０ｍに配置し、ヘリカルコイルと同じ大きさの電流を流すときに効率よく電子を引き出すことが可能であると分かったので、このときのｒ＝１．２６ｍでの電子の空間分布について調べた。 On the other hand, the drawn current decreases rapidly in the region where K is low, and converges to a constant value in the relativistic region. The drawn current value is about 50 mA even when the acceleration voltage is 50 V for 800 keV electrons. Furthermore, when the acceleration voltage is 200 V, a current value of 100 mA or more can be obtained even when the electron energy is 2 MeV.
[Spatial distribution of extracted electrons]
Since it has been found that the extraction coils 36u and 36d are arranged at r = 1.26 m and z = ± 0.10 m, and electrons can be efficiently extracted when a current of the same magnitude as that of the helical coil is passed. The spatial distribution of electrons at r = 1.26 m was examined.

図１４は、引き出される電子の格子間隔を０．０１ｍにとったときのｚ方向の分布を示したものである。図１７にあるように−０．０６ｍから０．０４ｍの間で電子はほぼ一定に分布している。そのため、このＺ方向の範囲では電子の照射をほぼ均一に行うことができる。さらに分布の割合が６％以上の範囲でみると、−０．０６ｍから０．０８ｍの間の電子が利用可能となる。 FIG. 14 shows the distribution in the z direction when the lattice spacing of the extracted electrons is 0.01 m. As shown in FIG. 17, the electrons are distributed almost uniformly between -0.06 m and 0.04 m. Therefore, the electron irradiation can be performed almost uniformly in the range in the Z direction. Furthermore, when the distribution ratio is in the range of 6% or more, electrons between −0.06 m and 0.08 m can be used.

次に円柱座標系のθ方向での電子の分布について調べた。先に述べたようにヘリカルコイルのピッチｍを１２としたとき、磁場は１５°周期で変化するため、θ=−７．５°からθ＝７．５°の範囲での０．５°間隔の分布を調べた。図１５はその結果を示している。z方向については広い範囲で均一に分布したが、θ方向では均一には分布しなかった。そのため、電子をターゲットに均一に照射するにはターゲットを装置すなわち真空容器１２の側面１４に沿ってθ方向に移動させながら照射することとなる。 Next, the distribution of electrons in the θ direction of the cylindrical coordinate system was examined. As described above, when the helical coil pitch m is 12, the magnetic field changes in a cycle of 15 °. The distribution of was examined. FIG. 15 shows the result. The z direction was uniformly distributed over a wide range, but was not uniformly distributed in the θ direction. Therefore, in order to uniformly irradiate the target with electrons, the target is irradiated while being moved in the θ direction along the side surface 14 of the apparatus, that is, the vacuum vessel 12.

以上説明した実施例では、ヘリカル型プラズマ閉じ込め装置を利用し、その全周に１対の引出しコイル３６ｕおよび３６ｄと１対のキャンセルコイル３８ｕおよび３８ｄとを配置して、真空容器１２の全周から電子を引出すようにした。しかしながら、真空容器１２の周方向の一部においてのみ電子を引出すことも容易に考えられる。 In the embodiment described above, a helical plasma confinement device is used, and a pair of extraction coils 36u and 36d and a pair of cancellation coils 38u and 38d are arranged around the entire circumference of the vacuum vessel 12. The electron was pulled out. However, it is easily conceivable to extract electrons only in a part of the circumferential direction of the vacuum vessel 12.

周方向の一部だけから電子を取り出す方法には大別して２つの方法がある。１つは図１６に示すように真空容器１２の側面１４の周方向の一部にだけ電子窓１６Ａを形成することである。この実施例の電子線発生装置１０は、電子窓１６Ａを周方向の一部にだけ形成する以外は、全て図１−図４の実施例と同様である。そのため、引き出しコイル３６およびキャンセルコイル３８は真空容器１２の全周に設けられる。 There are roughly two methods for extracting electrons from only a part in the circumferential direction. One is to form the electronic window 16A only in a part of the circumferential direction of the side surface 14 of the vacuum vessel 12 as shown in FIG. The electron beam generator 10 of this embodiment is the same as the embodiment of FIGS. 1 to 4 except that the electron window 16A is formed only in a part of the circumferential direction. Therefore, the extraction coil 36 and the cancellation coil 38 are provided on the entire circumference of the vacuum vessel 12.

周方向の一部だけから電子を取り出す他の方法は、図１７の実施例に示すように、引出しコイルを円周の一部にだけ配置する方法である。図１７では、真空容器１１２およびその中のヘリカルコイルの詳細は図解を省略したが、この実施例の電子線発生装置１１０においても、真空容器１１２としては、当然、図１６実施例の真空容器１２と同様に、円環形状の真空容器が用いられ垂直磁場コイル１３０も全周に亘って配置される。 Another method for extracting electrons from only a part in the circumferential direction is a method in which the extraction coil is arranged only in a part of the circumference as shown in the embodiment of FIG. In FIG. 17, illustration of the details of the vacuum vessel 112 and the helical coil therein is omitted. However, also in the electron beam generator 110 of this embodiment, the vacuum vessel 112 of FIG. 16 embodiment is naturally used as the vacuum vessel 112. Similarly to the above, an annular vacuum vessel is used, and the vertical magnetic field coil 130 is also arranged over the entire circumference.

ただし、この実施例では、図１６の電子窓１６Ａと同様に周方向の一部にだけ電子窓が形成されている。そして、この実施例の電子線発生装置１１０では、その部分的な電子窓１６Ａ（図１６）の範囲だけに、図１７に示す１対の引出しコイル１３６ｕおよび１３６ｄを設ける。したがって、この実施例の電子線発生装置１１０においても、上で説明した実施例と同様に、引出しコイル１３６および１６３ｄの作用によって、真空容器１１２内の閉じ込め領域（図示せず）から高エネルギの電子を大量に引出すことができる。 However, in this embodiment, an electronic window is formed only in a part in the circumferential direction, like the electronic window 16A of FIG. In the electron beam generator 110 of this embodiment, a pair of extraction coils 136u and 136d shown in FIG. 17 are provided only in the range of the partial electron window 16A (FIG. 16). Therefore, also in the electron beam generator 110 of this embodiment, high-energy electrons from the confinement region (not shown) in the vacuum vessel 112 are caused by the action of the extraction coils 136 and 163d as in the above-described embodiment. Can be pulled out in large quantities.

ただし、図１７の実施例では、引出しコイル１３６の配置が真空容器１１２の周方向の一部だけであるので、それによる閉じ込め領域への影響が、先の実施例のように引出しコイル３６を全周に配置する場合に比べてかなり複雑である。そこで、この実施例では、図１８において参照符号Ｃ１１−Ｃ１３，Ｃ２１−Ｃ２３，Ｃ３１−Ｃ３３，Ｃ４１−Ｃ４３，Ｃ５１−Ｃ５３，Ｃ６１−Ｃ６３として示すように、キャンセルコイル１３８ｕ（これは１３８ｄも同様）を、周方向に複数に分割し、さらに、径方向に複数層（実施例では３層）配置した。このような特徴的なキャンセルコイル１３８の配置によって、部分的引き出しコイル１３６の磁場による閉じ込め領域に対する複雑な影響を除去または軽減できた。 However, in the embodiment of FIG. 17, the arrangement of the extraction coil 136 is only a part in the circumferential direction of the vacuum vessel 112, so that the influence on the confinement region by the entire extraction coil 36 is reduced as in the previous embodiment. It is considerably more complicated than the case where it is arranged around the circumference. Therefore, in this embodiment, as shown by reference numerals C11-C13, C21-C23, C31-C33, C41-C43, C51-C53, C61-C63 in FIG. 18, the cancel coil 138u (this is the same for 138d). Was divided into a plurality in the circumferential direction, and a plurality of layers (three layers in the example) were arranged in the radial direction. Such a characteristic arrangement of the canceling coil 138 can eliminate or reduce a complicated influence on the confinement region by the magnetic field of the partial extraction coil 136.

以上説明した実施例はいずれもヘリカルコイルを真空容器内に収納したヘリカル型のプラズマ閉じ込め装置を用いたが、図１９の実施例のように、トカマク型のプラズマ閉じ込め装置を用いることも可能である。 In all of the embodiments described above, a helical plasma confinement device in which a helical coil is housed in a vacuum vessel is used, but a tokamak type plasma confinement device can also be used as in the embodiment of FIG. .

図１９の実施例の電子線発生装置２１０では、トカマク型プラズマ閉じ込め装置を用いるが、このトカマク型プラズマ閉じ込め装置も、ヘリカル型と同様に、円環形の真空容器２１２を用いる。そして、真空容器２１２の外に、この真空容器２１２をその断面で囲繞するような複数のトロイダルコイル２２２を、周方向に間欠的に配置し、他方、真空容器２１２の上下内外に、ポロイダルコイル２２４を設ける。よく知られているように、トカマク型の装置では、このように配置したトロイダルコイル２２２およびポロイダルコイル２２４によって、真空容器２１２内に、円環形の閉じ込め領域を形成することができる。そして、円環形真空容器の２１２の中空部２１８には、図示しないが、先の実施例と同様の加速用コイルを配置する。 The electron beam generator 210 of the embodiment of FIG. 19 uses a tokamak type plasma confinement device, and this tokamak type plasma confinement device also uses an annular vacuum vessel 212 as in the helical type. A plurality of toroidal coils 222 that surround the vacuum vessel 212 in its cross section are intermittently arranged in the circumferential direction outside the vacuum vessel 212, while the poloidal coils 224 are placed on the upper, lower, inner and outer sides of the vacuum vessel 212. Provide. As is well known, in the tokamak type device, an annular confinement region can be formed in the vacuum vessel 212 by the toroidal coil 222 and the poloidal coil 224 arranged in this manner. Then, although not shown, an acceleration coil similar to that in the previous embodiment is arranged in the hollow portion 218 of the annular vacuum vessel 212.

図１９の実施例では、図３に示したと同様の引出しコイル２３６ｕおよび２３６ｄならびにキャンセルコイル１３８ｕおよび１３８ｄを配置して、真空容器２１２内の閉じ込め領域から高エネルギの電子を引出す。そのために、この実施例においても、真空容器２１２の側面には、真空容器２１２の周方向の全周に亘って、またはその一部に電子窓（図示せず）を形成する必要がある。 In the embodiment of FIG. 19, extraction coils 236 u and 236 d and cancellation coils 138 u and 138 d similar to those shown in FIG. 3 are arranged to extract high energy electrons from the confinement region in the vacuum vessel 212. Therefore, also in this embodiment, it is necessary to form an electronic window (not shown) on the side surface of the vacuum vessel 212 over the entire circumference in the circumferential direction of the vacuum vessel 212 or on a part thereof.

図２０はこの発明のさらに他の実施例の電子線発生装置１０を示す図解図である。この実施例でも、円環形の真空容器１２を用い、その真空容器１２の側面１４の、真空容器１２の周方向一部に、電子窓１６Ａを形成する。そして、真空容器１２内にヘリカルコイル２２および２４を配置し、それによって、閉じ込め領域３２を形成する。ただし、図２０では垂直磁場コイルの図示は省略した。 FIG. 20 is an illustrative view showing an electron beam generator 10 of still another embodiment of the present invention. Also in this embodiment, an annular vacuum vessel 12 is used, and an electronic window 16A is formed on a part of the side surface 14 of the vacuum vessel 12 in the circumferential direction of the vacuum vessel 12. Then, the helical coils 22 and 24 are arranged in the vacuum vessel 12, thereby forming a confinement region 32. However, the vertical magnetic field coil is not shown in FIG.

閉じ込め領域３２に閉じ込めた荷電粒子を加速するために誘導起電力を与える手段として、この実施例では、円環形真空容器１２の中空部１８に挿通される鉄心１９を含み、この鉄心１９上に加速コイル２０Ａが巻回される。つまり、この加速コイル２０Ａと閉じ込め領域３２内のプラズマとは鉄心１９が作る磁気回路を通して磁気結合する。したがって、電源２１によって加速コイル２０Ａに交流電流（変動する電流）を流すことによって、閉じ込め領域３２内の荷電粒子に誘導起電力による加速電圧を印加することができる。 In this embodiment, as means for applying an induced electromotive force to accelerate charged particles confined in the confinement region 32, an iron core 19 inserted through the hollow portion 18 of the annular vacuum vessel 12 is included and accelerated on the iron core 19. The coil 20A is wound. That is, the acceleration coil 20 </ b> A and the plasma in the confinement region 32 are magnetically coupled through a magnetic circuit formed by the iron core 19. Therefore, an acceleration voltage due to the induced electromotive force can be applied to the charged particles in the confinement region 32 by causing an alternating current (fluctuating current) to flow through the acceleration coil 20 </ b> A from the power source 21.

そして、この実施例でも、引出しコイル３６によって閉じ込め領域３２からの逃走電子を電子窓１６Ａを通して外部に引出すことができ、キャンセルコイル３８によって、その引出しコイル３６の閉じ込め領域３２に対する悪影響を軽減する。 Also in this embodiment, escape electrons from the confinement region 32 can be extracted to the outside through the electron window 16A by the extraction coil 36, and the adverse effect of the extraction coil 36 on the confinement region 32 is reduced by the cancellation coil 38.

なお、図２０の実施例においても、他の実施例でも同様であるが、ヘリカル型の閉じ込め装置を利用する場合であっても、ヘリカルコイルを図１９のトカマク型のトロイダルコイル２２２と同様に、真空容器１２（１１２）の外側に配置することもできる。また、ヘリカル磁場を形成するためには、コイルは図３の実施例のように円環全周に亘って連続したヘリカルコイルである必要はなく、図１９のトロイダルコイル２２２と同様に、独立したリング形状のコイルが用いられてもよい。 In the embodiment of FIG. 20, the same applies to other embodiments, but even when a helical type confinement device is used, the helical coil is similar to the tokamak type toroidal coil 222 of FIG. 19. It can also be arranged outside the vacuum vessel 12 (112). Further, in order to form a helical magnetic field, the coil does not need to be a helical coil that is continuous over the entire circumference of the ring as in the embodiment of FIG. 3, and is independent like the toroidal coil 222 of FIG. A ring-shaped coil may be used.

図１はこの発明の電子線発生装置の一実施例を示す全体図解図である。FIG. 1 is an overall schematic view showing an embodiment of an electron beam generator of the present invention. 図２はこの実施例において真空容器および各コイルの配置を示す図解図である。FIG. 2 is an illustrative view showing the arrangement of the vacuum vessel and each coil in this embodiment. 図３はこの実施例において真空容器を除いて各コイルおよびそれらの配置を示す図解図である。FIG. 3 is an illustrative view showing the coils and their arrangement except for the vacuum vessel in this embodiment. 図４は図３に示すヘリカルコイルのパラメータを示す図解図である。FIG. 4 is an illustrative view showing parameters of the helical coil shown in FIG. 図５はこの実施例の背景となる従来のヘリカル装置におけるプラズマ閉じ込めの状態を示す図解図である。FIG. 5 is an illustrative view showing a state of plasma confinement in a conventional helical device as the background of this embodiment. 図６は実施例においてソレノイドコイルによるオーム加熱を示す図解図である。FIG. 6 is an illustrative view showing ohmic heating by a solenoid coil in the embodiment. 図７はソレノイドコイルに印加する加速電圧の一例を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of the acceleration voltage applied to the solenoid coil. 図８はこの実施例におけるＺ-ｒ面での各コイルの位置関係およびそれによる電子線の引出し原理を示す図解図である。FIG. 8 is an illustrative view showing the positional relationship of each coil on the Zr plane and the electron beam extraction principle based thereon in this embodiment. 図９はこの実施例におけるφ＝０°での磁力線の向きを示す図解図である。FIG. 9 is an illustrative view showing the direction of lines of magnetic force at φ = 0 ° in this embodiment. 図１０は同じく実施例におけるφ＝０°での磁束密度を示す図解図である。FIG. 10 is an illustrative view showing magnetic flux density at φ = 0 ° in the same example. 図１１は実施例において引き出される電子の軌道の一例を示す図解図である。FIG. 11 is an illustrative view showing one example of an electron trajectory drawn in the embodiment. 図１２は具体的な数値計算で設定した電子線発生装置の各部の相対的位置を示す図解図である。FIG. 12 is an illustrative view showing a relative position of each part of the electron beam generator set by specific numerical calculation. 図１３は図１２の実施例の数値計算において電子のエネルギに対する引き出される電流の変化を示す図解図である。FIG. 13 is an illustrative view showing a change in current drawn with respect to energy of electrons in the numerical calculation of the embodiment of FIG. 図１４は図１２の実施例の数値計算において引き出される電子のｚ方向の分布を示す図解図である。FIG. 14 is an illustrative view showing a z-direction distribution of electrons extracted in the numerical calculation of the embodiment of FIG. 図１５は図１２の実施例の数値計算において引き出される電子のθ方向の分布を示す図解図である。FIG. 15 is an illustrative view showing a distribution in the θ direction of electrons extracted in the numerical calculation of the embodiment of FIG. 図１６はこの発明の電子線発生装置の他の実施例を示す全体図解図である。FIG. 16 is an overall schematic view showing another embodiment of the electron beam generator of the present invention. 図１７はこの発明のさらに他の実施例における各コイルの配置を示す図解図である。FIG. 17 is an illustrative view showing the arrangement of coils in yet another embodiment of the present invention. 図１８は図１７実施例を上からみたときのキャンセルコイルの配置を詳細に示す図解図である。FIG. 18 is an illustrative view showing in detail the arrangement of cancel coils when the embodiment of FIG. 17 is viewed from above. 図１９はこの発明の電子線発生装置のさらに他の実施例を示す全体図解図である。FIG. 19 is an overall schematic view showing still another embodiment of the electron beam generator of the present invention. 図２０はこの発明の電子線発生装置のその他の実施例を示す全体図解図である。FIG. 20 is an overall schematic view showing another embodiment of the electron beam generator of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０，１１０，２１０ …電子線発生装置
１２，１１２，２１２ …真空容器
１６，１６Ａ …電子窓
２０ …ソレノイドコイル
２０Ａ …加速コイル
２２，２４ …ヘリカルコイル
３０，１３０ …垂直磁場コイル
３２ …閉じ込め領域
３６，３６ｕ，３６ｄ，１３６ｕ，１３６ｄ，２３６ｕ，２３６ｄ …引出しコイル
３８，３８ｕ，３８ｄ，１３８ｕ，１３８ｄ，２３８ｕ，２３８ｄ …キャンセルコイル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110,210 ... Electron beam generator 12, 112, 212 ... Vacuum vessel 16, 16A ... Electron window 20 ... Solenoid coil 20A ... Acceleration coil 22, 24 ... Helical coil 30, 130 ... Vertical magnetic field coil 32 ... Confinement area 36 , 36u, 36d, 136u, 136d, 236u, 236d ... Drawer coil 38, 38u, 38d, 138u, 138d, 238u, 238d ... Cancel coil

Claims

内殻から外殻に至る円環形の閉じ込め磁気面で形成する閉じ込め磁場によって中性プラズマを閉じ込める装置を用いて電子線を発生する方法であって、
前記閉じ込めた中性プラズマに誘導起電力による電圧を印加することによって円環を周回する電子を選択的に加速し、高エネルギの電子を発生させ、そして
前記閉じ込め磁場で電子を閉じ込め、周回加速しつつ、前記閉じ込め磁気面のうちの外殻の磁気面を一部破って前記装置の外へ前記高エネルギの電子を引き出す、電子線発生方法。 A method for generating an electron beam by using a device for confining a neutral plasma by a confinement magnetic field formed by an annular confinement magnetic surface from an inner shell to an outer shell ,
Selectively accelerating electrons around the ring by applying a voltage due to an induced electromotive force to the confined neutral plasma, generating high energy electrons; and
A method of generating an electron beam , wherein electrons are confined by the confinement magnetic field and accelerated around the surface, and a part of the outer magnetic surface of the confinement magnetic surface is broken to draw out the high-energy electrons to the outside of the device.

内殻から外殻に至る円環形の閉じ込め磁気面で形成する閉じ込め磁場によって真空容器内にプラズマを閉じ込める装置、
前記閉じ込めたプラズマを誘導起電力による電圧を印加し、前記円環を周回する電子を選択的に加速して高エネルギの電子を発生させるための誘導起電力発生手段、および
前記閉じ込め磁場で電子を閉じ込め、周回加速しつつ、前記磁気面のうちの外殻の磁気面を一部破って前記真空容器の外へ前記高エネルギの電子を引き出す引き出し手段を備える、電子線発生装置 A device for confining plasma in a vacuum chamber by a confined magnetic field formed by an annular confinement magnetic surface from the inner shell to the outer shell ,
Applying a voltage by induction electromotive force to said containment plasma, induced electromotive force generating means because selectively accelerated by generating high energy electrons electrons orbiting the circular ring, and
The trapped electrons in magnetic confinement, while orbiting acceleration, Bei El the drawing means to draw the electrons of the high energy of the magnetic surface of the outer shell breaking part outside of the vacuum vessel of the magnetic surface, the electron beam Generator

前記引出し手段は、前記真空容器から外に向かう磁力線を発生させるための第１磁力線発生手段を含む、請求項２記載の電子線発生装置。 The electron beam generator according to claim 2, wherein the drawing unit includes a first magnetic line generating unit for generating a magnetic line of force outward from the vacuum container.

前記閉じ込め磁気面の形状を制御するための第２磁力線を発生する第２磁力線発生手段をさらに備える、請求項３記載の電子線発生装置。 4. The electron beam generator according to claim 3, further comprising second magnetic field lines generating means for generating second magnetic field lines for controlling the shape of the confined magnetic surface.