JPH11109096A - 表面生成形負イオン源 - Google Patents
表面生成形負イオン源Info
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- JPH11109096A JPH11109096A JP10224523A JP22452398A JPH11109096A JP H11109096 A JPH11109096 A JP H11109096A JP 10224523 A JP10224523 A JP 10224523A JP 22452398 A JP22452398 A JP 22452398A JP H11109096 A JPH11109096 A JP H11109096A
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- cesium
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- furnace
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、セシウムを効果的に使用し、運転
効率を向上させることを目的とするものである。 【解決手段】 セシウム炉に窓21を設け、イオン源本
体を大気開放することなく、運転中にも窓21を通して
セシウム炉内のセシウムの残量や酸化状態等の確認を行
うことができるようにした。
効率を向上させることを目的とするものである。 【解決手段】 セシウム炉に窓21を設け、イオン源本
体を大気開放することなく、運転中にも窓21を通して
セシウム炉内のセシウムの残量や酸化状態等の確認を行
うことができるようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、表面生成形負イ
オン源に関し、例えばイオン注入、核融合におけるプラ
ズマの加熱、診断及び加速期加速器への入射器などに利
用され、負イオンを発生する表面生成形負イオン源に関
するものである。
オン源に関し、例えばイオン注入、核融合におけるプラ
ズマの加熱、診断及び加速期加速器への入射器などに利
用され、負イオンを発生する表面生成形負イオン源に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図11は例えば『プロシーディングス・
オブ・ザ・パーティクル・アクセルレイタ・カンファレ
ンス』(Proc. of the Particle Accelerator Conferenc
e)(IEEE1985)1782ページに示された従来
の表面生成形負イオン源の要部を示す構成図である。図
において、1はビーム出口1aを有する円筒状のイオン
源本体、2はイオン源本体1内の真空度を検出する真空
ゲージ(図示せず)を接続するための真空ゲージ接続
口、3はイオン源本体1内にガスを導入するためのガス
導入口、4はイオン源本体1内にセシウム蒸気を導入す
るためのセシウム導入口、5はイオン源本体1の外周部
に互いに間隔をおいて複数個設けられているプラズマ閉
じ込め用の永久磁石である。
オブ・ザ・パーティクル・アクセルレイタ・カンファレ
ンス』(Proc. of the Particle Accelerator Conferenc
e)(IEEE1985)1782ページに示された従来
の表面生成形負イオン源の要部を示す構成図である。図
において、1はビーム出口1aを有する円筒状のイオン
源本体、2はイオン源本体1内の真空度を検出する真空
ゲージ(図示せず)を接続するための真空ゲージ接続
口、3はイオン源本体1内にガスを導入するためのガス
導入口、4はイオン源本体1内にセシウム蒸気を導入す
るためのセシウム導入口、5はイオン源本体1の外周部
に互いに間隔をおいて複数個設けられているプラズマ閉
じ込め用の永久磁石である。
【0003】6はイオン源本体1内に設けられ熱電子を
放出するフィラメント、7はイオン源本体1内に発生し
た正のイオンを負イオンに変換するコンバータであり、
このコンバータ7は、イオン源本体1内に挿入されたコ
ンバータ支柱8と、イオン源本体1内でコンバータ支柱
8の先端部に保持されているコンバータヘッド9と、保
護用ガラス管10とを有している。また、コンバータ支
柱8内に冷却水流路11が設けられている。
放出するフィラメント、7はイオン源本体1内に発生し
た正のイオンを負イオンに変換するコンバータであり、
このコンバータ7は、イオン源本体1内に挿入されたコ
ンバータ支柱8と、イオン源本体1内でコンバータ支柱
8の先端部に保持されているコンバータヘッド9と、保
護用ガラス管10とを有している。また、コンバータ支
柱8内に冷却水流路11が設けられている。
【0004】次に、動作について説明する。イオン源本
体1内は、ビーム出口1a側、即ちイオン源が接続され
る加速器等の真空チャンバ(図示せず)を真空引きする
ことにより、真空にされている。この状態で、フィラメ
ント6が高温に熱せられ、熱電子が放出されるととも
に、ガス導入口3からはガスが導入される。この後、コ
ンバータヘッド9にイオン源本体1に対して負の電圧が
印加されるとともに、イオン源本体1とフィラメント6
との間に、パルス電圧が印加される。また、ビーム引き
出し用の加速電極(図示せず)に電圧が印加される。
体1内は、ビーム出口1a側、即ちイオン源が接続され
る加速器等の真空チャンバ(図示せず)を真空引きする
ことにより、真空にされている。この状態で、フィラメ
ント6が高温に熱せられ、熱電子が放出されるととも
に、ガス導入口3からはガスが導入される。この後、コ
ンバータヘッド9にイオン源本体1に対して負の電圧が
印加されるとともに、イオン源本体1とフィラメント6
との間に、パルス電圧が印加される。また、ビーム引き
出し用の加速電極(図示せず)に電圧が印加される。
【0005】フィラメント6から放出された熱電子は、
イオン源本体1とフィラメント6との間に印加されたア
ーク電圧により加速され、イオン源本体1内にプラズマ
が発生する。このアーク放電により、導入ガスの正のイ
オンと電離された電子とがイオン源本体1内に生成され
る。一方、セシウム導入口4からは、セシウム炉(図示
せず)で加熱されたセシウム蒸気が導入され、コンバー
タヘッド9に吹き付けられる。
イオン源本体1とフィラメント6との間に印加されたア
ーク電圧により加速され、イオン源本体1内にプラズマ
が発生する。このアーク放電により、導入ガスの正のイ
オンと電離された電子とがイオン源本体1内に生成され
る。一方、セシウム導入口4からは、セシウム炉(図示
せず)で加熱されたセシウム蒸気が導入され、コンバー
タヘッド9に吹き付けられる。
【0006】生成された正のイオンは、コンバータ7に
より負イオンに変換される。即ち、コンバータヘッド9
には、イオン源本体1に対して負の電圧が印加されてい
るので、プラズマ中の正のイオンがコンバータヘッド9
に引き寄せられる。コンバータヘッド9の仕事関数は、
5〜6eVであるが、セシウム蒸気の吹き付けにより
1.5eV程度に下げられ、導入ガスの正のイオンは、
コンバータヘッド9の表面で負イオンに荷電変換され
る。生成された負イオンは、イオン源本体1と加速電極
との間の電界により加速され、ビーム出口1aから真空
チャンバ内に出力されることになる。
より負イオンに変換される。即ち、コンバータヘッド9
には、イオン源本体1に対して負の電圧が印加されてい
るので、プラズマ中の正のイオンがコンバータヘッド9
に引き寄せられる。コンバータヘッド9の仕事関数は、
5〜6eVであるが、セシウム蒸気の吹き付けにより
1.5eV程度に下げられ、導入ガスの正のイオンは、
コンバータヘッド9の表面で負イオンに荷電変換され
る。生成された負イオンは、イオン源本体1と加速電極
との間の電界により加速され、ビーム出口1aから真空
チャンバ内に出力されることになる。
【0007】例えば、H−イオン源では、プラズマ中に
生成されたH+がモリブデン製のコンバータヘッド9の
表面でH−に荷電変換される。一方、C−のようなビー
ムを出力する場合は、キセノンガス中にプラズマを点火
し、炭素のコンバータヘッド9をスパッタすることによ
りC−ビームを生成する。また、コンバータヘッド9が
電気伝導性のあるシリコンであれば、Si−ビームが出
力される。従って、コンバータヘッド9の材料を変える
ことにより、ビームの種類を変更することも可能であ
る。このように、イオン種類を切り換えることでタンデ
ム式静電形加速器などと組み合わせれば、比較的簡単に
各種ビームを加速し、十分な強度で出力できる。
生成されたH+がモリブデン製のコンバータヘッド9の
表面でH−に荷電変換される。一方、C−のようなビー
ムを出力する場合は、キセノンガス中にプラズマを点火
し、炭素のコンバータヘッド9をスパッタすることによ
りC−ビームを生成する。また、コンバータヘッド9が
電気伝導性のあるシリコンであれば、Si−ビームが出
力される。従って、コンバータヘッド9の材料を変える
ことにより、ビームの種類を変更することも可能であ
る。このように、イオン種類を切り換えることでタンデ
ム式静電形加速器などと組み合わせれば、比較的簡単に
各種ビームを加速し、十分な強度で出力できる。
【0008】ここで、コンバータヘッド9におけるセシ
ウム層の厚みは、厚すぎると変換効率が低下するので、
ほぼ半原子層程度が最適とされている。このように、セ
シウムの供給量を制御することは、表面生成形負イオン
源の運転効率を向上させ出力を安定させる上で非常に重
要である。
ウム層の厚みは、厚すぎると変換効率が低下するので、
ほぼ半原子層程度が最適とされている。このように、セ
シウムの供給量を制御することは、表面生成形負イオン
源の運転効率を向上させ出力を安定させる上で非常に重
要である。
【0009】図12は従来のセシウム炉の一例を示す側
面図、図13は図12の断面図である。図において、1
2はセシウムが封じ込められる有底円筒状の金属製の炉
本体、13は炉本体12の外周部に巻き付けられている
シースヒータ、14は炉本体12を図11のイオン源本
体1側に接続するための接続フランジである。
面図、図13は図12の断面図である。図において、1
2はセシウムが封じ込められる有底円筒状の金属製の炉
本体、13は炉本体12の外周部に巻き付けられている
シースヒータ、14は炉本体12を図11のイオン源本
体1側に接続するための接続フランジである。
【0010】このようなセシウム炉では、炉本体12内
に封じ込められたセシウムは、シースヒータ13で炉温
度を100〜150℃に加熱・保温することにより、蒸
気となりセシウム導入口4からイオン源本体1内に導入
される。また、炉温度の変動は、±0.5℃に制御さ
れ、設定炉温度の調整のみによりイオン源本体1内のセ
シウム量が制御される。さらに、炉本体12内のセシウ
ムの残量及び酸化状態の確認は、その都度運転を中断し
て行われる。
に封じ込められたセシウムは、シースヒータ13で炉温
度を100〜150℃に加熱・保温することにより、蒸
気となりセシウム導入口4からイオン源本体1内に導入
される。また、炉温度の変動は、±0.5℃に制御さ
れ、設定炉温度の調整のみによりイオン源本体1内のセ
シウム量が制御される。さらに、炉本体12内のセシウ
ムの残量及び酸化状態の確認は、その都度運転を中断し
て行われる。
【0011】また、イオン源本体1内へのセシウムの導
入は、図14に示すようなセシウム導入管15を用いて
行われる場合もある。このセシウム導入管15は、イオ
ン源本体1への伝熱量を最小限にするため、二重パイプ
構造となっている。なお、図14において、20は覗き
窓である。また、ビーム出口はイオン源本体1の軸線上
に設けられているため図示されておらず、ガス導入口も
図示されていない。
入は、図14に示すようなセシウム導入管15を用いて
行われる場合もある。このセシウム導入管15は、イオ
ン源本体1への伝熱量を最小限にするため、二重パイプ
構造となっている。なお、図14において、20は覗き
窓である。また、ビーム出口はイオン源本体1の軸線上
に設けられているため図示されておらず、ガス導入口も
図示されていない。
【0012】図15は図11のコンバータ7を拡大して
示す構成図である。コンバータヘッド9の表面にセシウ
ム膜を形成するに際して、コンバータヘッド9の表面温
度は膜厚に大きく影響する。このコンバータ9の表面温
度の決定要因としては、プラズマ点火用のフィラメント
6から受ける熱と、冷却水流路11内の冷却水の流量と
が最も重要である。
示す構成図である。コンバータヘッド9の表面にセシウ
ム膜を形成するに際して、コンバータヘッド9の表面温
度は膜厚に大きく影響する。このコンバータ9の表面温
度の決定要因としては、プラズマ点火用のフィラメント
6から受ける熱と、冷却水流路11内の冷却水の流量と
が最も重要である。
【0013】最終的に、セシウムの膜厚は、コンバータ
温度に加えて、セシウム炉温度(セシウム供給量)及び
プラズマによるスパッタ量(セシウム除去量)のバラン
スによって決定される。従って、セシウム膜厚を制御す
るためには、これらの3つの条件をモニタすることが望
ましい。
温度に加えて、セシウム炉温度(セシウム供給量)及び
プラズマによるスパッタ量(セシウム除去量)のバラン
スによって決定される。従って、セシウム膜厚を制御す
るためには、これらの3つの条件をモニタすることが望
ましい。
【0014】また、図11のようなイオン源本体1で
は、殆どのセシウムがコンバータヘッド9以外のイオン
源本体1の内壁に付着して消費される。これに対して、
図16に示すように、断熱された金属板からなるセシウ
ムジャケット16がイオン源本体1の内側に取り付けら
れる場合もある。この例では、フィラメント6やプラズ
マからの熱によりセシウムジャケット16の温度が上昇
し、セシウムの付着が防止される。
は、殆どのセシウムがコンバータヘッド9以外のイオン
源本体1の内壁に付着して消費される。これに対して、
図16に示すように、断熱された金属板からなるセシウ
ムジャケット16がイオン源本体1の内側に取り付けら
れる場合もある。この例では、フィラメント6やプラズ
マからの熱によりセシウムジャケット16の温度が上昇
し、セシウムの付着が防止される。
【0015】さらに、プラズマ閉じ込めに使用される永
久磁石5を冷却する場合、例えば図17に示すように、
永久磁石5を冷却チャンネル17内に配置し、磁石押さ
え板18により固定する。この場合、永久磁石5は、冷
却水により直接冷却される。また、永久磁石5及び冷却
チャンネル17は、イオン源本体1の内壁と熱的な接触
が良いため、イオン源本体1の内壁も同時に冷却される
ことになる。
久磁石5を冷却する場合、例えば図17に示すように、
永久磁石5を冷却チャンネル17内に配置し、磁石押さ
え板18により固定する。この場合、永久磁石5は、冷
却水により直接冷却される。また、永久磁石5及び冷却
チャンネル17は、イオン源本体1の内壁と熱的な接触
が良いため、イオン源本体1の内壁も同時に冷却される
ことになる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の表面生成形負イオン源においては、セシウム炉
内のセシウムの残量や酸化状態等を確認するためにイオ
ン源本体1を大気開放する必要があり、その都度半日程
度の運転停止を要し、運転効率が低下してしまうという
問題点があった。
た従来の表面生成形負イオン源においては、セシウム炉
内のセシウムの残量や酸化状態等を確認するためにイオ
ン源本体1を大気開放する必要があり、その都度半日程
度の運転停止を要し、運転効率が低下してしまうという
問題点があった。
【0017】また、セシウム炉温度は、立ち上げ後、設
定された適温に保たれるが、運転時にイオン源本体1の
内壁にセシウムが付着するため、それがセシウム炉とは
別のセシウム発生源となってしまい、セシウム炉温度に
よるセシウムの膜厚制御が困難になってしまい、さらに
セシウムが無駄に消費されるとともに、付着したセシウ
ムを定期的な保守作業時に洗浄する必要があり、運転効
率が低下するとともに、ビームの出力が不安定になって
しまうなどの問題点があった。
定された適温に保たれるが、運転時にイオン源本体1の
内壁にセシウムが付着するため、それがセシウム炉とは
別のセシウム発生源となってしまい、セシウム炉温度に
よるセシウムの膜厚制御が困難になってしまい、さらに
セシウムが無駄に消費されるとともに、付着したセシウ
ムを定期的な保守作業時に洗浄する必要があり、運転効
率が低下するとともに、ビームの出力が不安定になって
しまうなどの問題点があった。
【0018】さらにまた、ビームのイオン種類の変更
は、内部の使用ガスを置換するか、又はコンバータヘッ
ド9の材料を変えることにより行われるが、そのために
はイオン源自体を加速器等から取り外す必要があり、こ
れによっても運転効率が低下するという問題点があっ
た。
は、内部の使用ガスを置換するか、又はコンバータヘッ
ド9の材料を変えることにより行われるが、そのために
はイオン源自体を加速器等から取り外す必要があり、こ
れによっても運転効率が低下するという問題点があっ
た。
【0019】また、イオン源本体1の内壁からの距離を
一定に保つようにセシウムジャッケット16を取り付け
ることは容易ではなく、しかも内壁とセシウムジャッケ
ット16との間にセシウムが蓄積して、セシウムが無駄
に消費され、逆効果になることもある。このように、セ
シウムが無駄に消費された場合、セシウムの充填に手間
がかかり、運転効率が低下するとともに、ビーム出力が
不安定になるなどの問題点があった。さらに、プラズマ
閉じ込めの観点からすると、カスプ磁場を形成する永久
磁石5とプラズマとの間の距離は最小限に保つことが好
ましいが、セシウムジャッケット16の取付を精度良く
一様に行うことは困難であるため、セシウムジャッケッ
ト16がプラズマ閉じ込めに悪影響を及ぼし、ビーム出
力が不安定になるという問題点もあった。
一定に保つようにセシウムジャッケット16を取り付け
ることは容易ではなく、しかも内壁とセシウムジャッケ
ット16との間にセシウムが蓄積して、セシウムが無駄
に消費され、逆効果になることもある。このように、セ
シウムが無駄に消費された場合、セシウムの充填に手間
がかかり、運転効率が低下するとともに、ビーム出力が
不安定になるなどの問題点があった。さらに、プラズマ
閉じ込めの観点からすると、カスプ磁場を形成する永久
磁石5とプラズマとの間の距離は最小限に保つことが好
ましいが、セシウムジャッケット16の取付を精度良く
一様に行うことは困難であるため、セシウムジャッケッ
ト16がプラズマ閉じ込めに悪影響を及ぼし、ビーム出
力が不安定になるという問題点もあった。
【0020】さらにまた、永久磁石5を冷却するための
冷却水によりイオン源本体1の内壁も冷却されてしまう
ため、内壁にセシウムが付着し易くなり、上述したよう
にセシウムが無駄に消費され、運転効率が低下するとと
もに、ビーム出力が不安定になるという問題点があっ
た。また、永久磁石5としては磁場強度の点からネオジ
ウム系のものが使用されており、冷却水に直接接触する
と腐食してしまうため、永久磁石5にコーティングを施
したり、磁場強度が劣っていても耐食性に優れた別の材
質の永久磁石5を使用する必要があるなどの問題点もあ
った。さらに、冷却チャンネル17を設けた場合、その
漏水対策が必要となるという問題点もあった。
冷却水によりイオン源本体1の内壁も冷却されてしまう
ため、内壁にセシウムが付着し易くなり、上述したよう
にセシウムが無駄に消費され、運転効率が低下するとと
もに、ビーム出力が不安定になるという問題点があっ
た。また、永久磁石5としては磁場強度の点からネオジ
ウム系のものが使用されており、冷却水に直接接触する
と腐食してしまうため、永久磁石5にコーティングを施
したり、磁場強度が劣っていても耐食性に優れた別の材
質の永久磁石5を使用する必要があるなどの問題点もあ
った。さらに、冷却チャンネル17を設けた場合、その
漏水対策が必要となるという問題点もあった。
【0021】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、イオン源本体
を大気開放することなく、セシウム炉内の状態を確認す
ることができ、これにより運転効率を向上させることが
できる表面生成形負イオン源を得ることを目的とする。
ることを課題としてなされたものであり、イオン源本体
を大気開放することなく、セシウム炉内の状態を確認す
ることができ、これにより運転効率を向上させることが
できる表面生成形負イオン源を得ることを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る表
面生成形負イオン源は、イオン源本体と、このイオン源
本体に接続されるとともに、内部を確認するための窓を
有しており、セシウムの蒸気をイオン源本体に供給する
セシウム炉とを備えたものである。
面生成形負イオン源は、イオン源本体と、このイオン源
本体に接続されるとともに、内部を確認するための窓を
有しており、セシウムの蒸気をイオン源本体に供給する
セシウム炉とを備えたものである。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。なお、各図中、図11ないし図17
と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。
について説明する。なお、各図中、図11ないし図17
と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。
【0024】実施の形態1.図1はこの発明の実施の形
態1による表面生成形負イオン源のセシウム炉を示す側
面図である。図において、21は炉本体12に設けられ
た石英からなる窓である。また、シースヒータ13は、
熱接触を考えて窓21を避けるように炉本体12にろう
付けされている。さらに、窓21が見えるように、炉本
体12には保温材を巻かずに空気中にさらしておく。
態1による表面生成形負イオン源のセシウム炉を示す側
面図である。図において、21は炉本体12に設けられ
た石英からなる窓である。また、シースヒータ13は、
熱接触を考えて窓21を避けるように炉本体12にろう
付けされている。さらに、窓21が見えるように、炉本
体12には保温材を巻かずに空気中にさらしておく。
【0025】このようなセシウム炉では、窓21を通し
て炉本体12内のセシウムの状態、即ち残量や酸化状態
などを目視で観察することができる。従って、セシウム
の状態を確認するためにイオン源本体1を大気開放する
必要がなく、運転効率が向上する。
て炉本体12内のセシウムの状態、即ち残量や酸化状態
などを目視で観察することができる。従って、セシウム
の状態を確認するためにイオン源本体1を大気開放する
必要がなく、運転効率が向上する。
【0026】なお、窓21の材料は石英に限定されるも
のではなく、耐熱性に優れ酸化しにくいものであれば、
例えばパイレックスガラス等であってもよい。
のではなく、耐熱性に優れ酸化しにくいものであれば、
例えばパイレックスガラス等であってもよい。
【0027】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2による表面生成形負イオン源の要部を示す構成図で
ある。図において、22はセシウム導入管15の吹き出
し口付近に巻き付けられたヒータ、23はヒータ22か
らイオン源本体1外へ引き出されたヒータリード線、2
4は押さえ板25を介してセシウム導入管15の先端部
に取り付けられている荷電変換膜としてのタングステン
膜であり、この実施の形態2のセシウム導入部26は、
セシウム導入管15,ヒータ22,ヒータリード線2
3,タングステン膜24及び押さえ板25を有してい
る。
態2による表面生成形負イオン源の要部を示す構成図で
ある。図において、22はセシウム導入管15の吹き出
し口付近に巻き付けられたヒータ、23はヒータ22か
らイオン源本体1外へ引き出されたヒータリード線、2
4は押さえ板25を介してセシウム導入管15の先端部
に取り付けられている荷電変換膜としてのタングステン
膜であり、この実施の形態2のセシウム導入部26は、
セシウム導入管15,ヒータ22,ヒータリード線2
3,タングステン膜24及び押さえ板25を有してい
る。
【0028】次に、動作について説明する。セシウム炉
からセシウム導入管15を経てイオン源本体1へ導入さ
れるセシウムの蒸気は、ヒータ22及びフィラメント6
からの熱で1000℃程度まで加熱される。加熱された
セシウムの蒸気は、タングステン膜24を通して表面電
離法によりCs+の状態に荷電変換される。このCs+
は、コンバータヘッド9に印加された負の電圧により誘
導され、コンバータヘッド9に優先的に付着する。
からセシウム導入管15を経てイオン源本体1へ導入さ
れるセシウムの蒸気は、ヒータ22及びフィラメント6
からの熱で1000℃程度まで加熱される。加熱された
セシウムの蒸気は、タングステン膜24を通して表面電
離法によりCs+の状態に荷電変換される。このCs+
は、コンバータヘッド9に印加された負の電圧により誘
導され、コンバータヘッド9に優先的に付着する。
【0029】ここで、コンバータヘッド9の電位は、プ
ラズマ中ではそのシース効果によりCs+に対する動作
がないが、プラズマを発生させるアーク電圧はデューテ
ィファクタの低いパルス電圧であるため、実際にはCs
+はコンバータヘッド9に効果的に誘導されることにな
る。
ラズマ中ではそのシース効果によりCs+に対する動作
がないが、プラズマを発生させるアーク電圧はデューテ
ィファクタの低いパルス電圧であるため、実際にはCs
+はコンバータヘッド9に効果的に誘導されることにな
る。
【0030】従って、セシウムがコンバータヘッド9以
外の部分に付着して無駄に消費されるのが防止され、保
守作業時の洗浄の手間が軽減されるとともに、セシウム
の補充の手間も軽減され、またセシウムの膜厚制御が容
易になる。この結果、運転効率が向上するとともに、ビ
ームの出力が安定する。
外の部分に付着して無駄に消費されるのが防止され、保
守作業時の洗浄の手間が軽減されるとともに、セシウム
の補充の手間も軽減され、またセシウムの膜厚制御が容
易になる。この結果、運転効率が向上するとともに、ビ
ームの出力が安定する。
【0031】実施の形態3.図3はこの発明の実施の形
態3による表面生成形負イオン源のコンバータの断面図
である。図において、31はコンバータヘッド9のフィ
ラメント6(図2)に最も近い部分に埋め込まれている
ヘッド温度検出器としての熱電対、32はコンバータ7
の先端部の側面を覆うコンバータカバー、33はコンバ
ータ7を支持するイオン源本体1(図2)の端板、34
は熱電対31に接続されているフィードスルーコネクタ
である。
態3による表面生成形負イオン源のコンバータの断面図
である。図において、31はコンバータヘッド9のフィ
ラメント6(図2)に最も近い部分に埋め込まれている
ヘッド温度検出器としての熱電対、32はコンバータ7
の先端部の側面を覆うコンバータカバー、33はコンバ
ータ7を支持するイオン源本体1(図2)の端板、34
は熱電対31に接続されているフィードスルーコネクタ
である。
【0032】このような表面生成形負イオン源では、コ
ンバータヘッド9に熱電対31を埋め込んだので、コン
バータヘッド9自体の最高温度を容易に検出することが
でき、その検出温度に応じて、セシウム膜の膜厚を制御
することができる。
ンバータヘッド9に熱電対31を埋め込んだので、コン
バータヘッド9自体の最高温度を容易に検出することが
でき、その検出温度に応じて、セシウム膜の膜厚を制御
することができる。
【0033】実施の形態4.図4はこの発明の実施の形
態4による表面生成形負イオン源の要部を示す構成図で
ある。図において、35,36はそれぞれコンバータ7
の冷却水流路11の上流部に設けられたバルブ及び流量
計である。
態4による表面生成形負イオン源の要部を示す構成図で
ある。図において、35,36はそれぞれコンバータ7
の冷却水流路11の上流部に設けられたバルブ及び流量
計である。
【0034】この実施の形態4では、熱電対31で検出
されたヘッド温度に応じて、バルブ35を動作させ、冷
却水の流量が調整される。例えば、冷却水の流量を絞
り、コンバータヘッド9が破損しない範囲でコンバータ
ヘッド9の温度を上昇させれば、コンバータヘッド9に
セシウムが過度に付着するのが防止される。また、セシ
ウム過多の事態が発生した際に、迅速に回復することが
できる。
されたヘッド温度に応じて、バルブ35を動作させ、冷
却水の流量が調整される。例えば、冷却水の流量を絞
り、コンバータヘッド9が破損しない範囲でコンバータ
ヘッド9の温度を上昇させれば、コンバータヘッド9に
セシウムが過度に付着するのが防止される。また、セシ
ウム過多の事態が発生した際に、迅速に回復することが
できる。
【0035】このように、コンバータヘッド9の表面の
セシウム膜の膜厚、即ちセシウムの付着量を、セシウム
炉の温度以外でも制御することができるようになり、イ
オン源本体1の内壁に付着したセシウムなど、セシウム
炉以外から発生するセシウムの制御も行うことができ、
ビームの出力を安定させることができる。
セシウム膜の膜厚、即ちセシウムの付着量を、セシウム
炉の温度以外でも制御することができるようになり、イ
オン源本体1の内壁に付着したセシウムなど、セシウム
炉以外から発生するセシウムの制御も行うことができ、
ビームの出力を安定させることができる。
【0036】実施の形態5.図5はこの発明の実施の形
態5による表面生成形負イオン源のコンバータを示す正
面図、図6は図5の断面図である。図において、41は
コンバータヘッドであり、このコンバータヘッド41
は、4分割され交互に配置されているとともに互いに異
なる金属からなる第1及び第2の表面部分42,43を
有している。
態5による表面生成形負イオン源のコンバータを示す正
面図、図6は図5の断面図である。図において、41は
コンバータヘッドであり、このコンバータヘッド41
は、4分割され交互に配置されているとともに互いに異
なる金属からなる第1及び第2の表面部分42,43を
有している。
【0037】この実施の形態5では、コンバータヘッド
41を2種類の金属で構成することにより、同一イオン
源で2種類のビーム生成が可能となる。例えば、電圧を
印加するために高純度かつ適当な導電性の材料(不純物
濃度=5.5×1015cm2,ボロン)を導入したシリ
コンを第1の表面部分42に使用し、炭素を第2の表面
部分43に使用する。そして、プラズマガスとしてキセ
ノン若しくはアルゴンを使用する。
41を2種類の金属で構成することにより、同一イオン
源で2種類のビーム生成が可能となる。例えば、電圧を
印加するために高純度かつ適当な導電性の材料(不純物
濃度=5.5×1015cm2,ボロン)を導入したシリ
コンを第1の表面部分42に使用し、炭素を第2の表面
部分43に使用する。そして、プラズマガスとしてキセ
ノン若しくはアルゴンを使用する。
【0038】ここで、通常、φ50mm程度のコンバー
タヘッド41を使用すれば多くの利用に対して必要以上
のビーム強度が得られるため、コンバータヘッド41を
例えば2分割してもビーム強度の点で支障は生じない。
タヘッド41を使用すれば多くの利用に対して必要以上
のビーム強度が得られるため、コンバータヘッド41を
例えば2分割してもビーム強度の点で支障は生じない。
【0039】このように、同一イオン源で2種類のビー
ム生成が可能となるため、ヘッド材料交換のためにイオ
ン源本体1(図2)を大気開放して加速器等から取り外
す必要もなく、運転効率が向上する。
ム生成が可能となるため、ヘッド材料交換のためにイオ
ン源本体1(図2)を大気開放して加速器等から取り外
す必要もなく、運転効率が向上する。
【0040】なお、コンバータヘッド41に使用する金
属は3種類以上であってもよく、種々の金属を組み合わ
せて使用することができる。
属は3種類以上であってもよく、種々の金属を組み合わ
せて使用することができる。
【0041】実施の形態6.図7はこの発明の実施の形
態6による表面生成形負イオン源のコンバータを示す正
面図、図8は図7のVIII−VIII線断面図である。図に
おいて、44はコンバータヘッド41の異なる材料部
分、即ち第1及び第2の表面部分42,43にそれぞれ
独立して電圧を印加するためのリード線である。
態6による表面生成形負イオン源のコンバータを示す正
面図、図8は図7のVIII−VIII線断面図である。図に
おいて、44はコンバータヘッド41の異なる材料部
分、即ち第1及び第2の表面部分42,43にそれぞれ
独立して電圧を印加するためのリード線である。
【0042】この実施の形態7では、分割された電極
間、即ち第1及び第2の表面部分42,43間の距離を
放電が起こらない程度に保ち、これら第1及び第2の表
面部分42,43をコンバータヘッド41に埋め込む。
各表面部分42,43には、それぞれ独立したリード線
44をつなぎ、保護用ガラス管10とコンバータ支柱8
との間を通してフィードスルー(図示せず)に接続し、
外部から負の電圧を印加する。このとき、電圧を制御す
ることにより、出力されるビームの種類が選択可能とな
る。これにより、同一イオン源から2種類以上のビーム
を出力し、しかもイオン種を切り換えることが容易にな
る。
間、即ち第1及び第2の表面部分42,43間の距離を
放電が起こらない程度に保ち、これら第1及び第2の表
面部分42,43をコンバータヘッド41に埋め込む。
各表面部分42,43には、それぞれ独立したリード線
44をつなぎ、保護用ガラス管10とコンバータ支柱8
との間を通してフィードスルー(図示せず)に接続し、
外部から負の電圧を印加する。このとき、電圧を制御す
ることにより、出力されるビームの種類が選択可能とな
る。これにより、同一イオン源から2種類以上のビーム
を出力し、しかもイオン種を切り換えることが容易にな
る。
【0043】実施の形態7.図9はこの発明の実施の形
態7による表面生成形負イオン源の永久磁石の取付部分
を示す断面図である。この実施の形態7では、プラズマ
閉じ込め用の永久磁石5が、イオン源本体1の凹部1b
に磁石押さえ板51を介して取り付けられている。凹部
1bと永久磁石5との間には、1mm程度の隙間52が
設けられている。磁石押さえ板51には、永久磁石5を
冷却するための冷却水を通す冷却管53が伝熱セメント
54により固定されている。また、磁石押さえ板51
は、イオン源本体1との接触面積ができるだけ小さくな
るようになっている。
態7による表面生成形負イオン源の永久磁石の取付部分
を示す断面図である。この実施の形態7では、プラズマ
閉じ込め用の永久磁石5が、イオン源本体1の凹部1b
に磁石押さえ板51を介して取り付けられている。凹部
1bと永久磁石5との間には、1mm程度の隙間52が
設けられている。磁石押さえ板51には、永久磁石5を
冷却するための冷却水を通す冷却管53が伝熱セメント
54により固定されている。また、磁石押さえ板51
は、イオン源本体1との接触面積ができるだけ小さくな
るようになっている。
【0044】このような永久磁石取付構造によれば、イ
オン源本体1と永久磁石5との間の伝熱経路が隙間52
により断熱されているため、従来例のように冷却チャン
ネル内で永久磁石5を直接冷却する必要がなく、従って
イオン源本体1の内壁が高温に保たれる。これにより、
セシウムジャケットを用いることなく、セシウムの付着
を防止して、セシウムが無駄に消費されるのを防止でき
る。この結果、運転効率を向上させることができるとと
もに、ビームの出力を安定させることができる。
オン源本体1と永久磁石5との間の伝熱経路が隙間52
により断熱されているため、従来例のように冷却チャン
ネル内で永久磁石5を直接冷却する必要がなく、従って
イオン源本体1の内壁が高温に保たれる。これにより、
セシウムジャケットを用いることなく、セシウムの付着
を防止して、セシウムが無駄に消費されるのを防止でき
る。この結果、運転効率を向上させることができるとと
もに、ビームの出力を安定させることができる。
【0045】また、冷却管53を磁石押さえ板51に取
り付けるという簡単な冷却構造により、耐食コーティン
グを施したりすることなく、ネオジウム系の永久磁石5
を使用することができ、十分な磁場強度を保つことがで
きる。また、面倒な漏水対策を施すことなく、水漏れ事
故を防止できる。
り付けるという簡単な冷却構造により、耐食コーティン
グを施したりすることなく、ネオジウム系の永久磁石5
を使用することができ、十分な磁場強度を保つことがで
きる。また、面倒な漏水対策を施すことなく、水漏れ事
故を防止できる。
【0046】実施の形態8.なお、上記実施の形態7で
はイオン源本体1と永久磁石5との間に隙間52を設け
たが、例えば図10に示すように、隙間52の少なくと
も一部に断熱材55を挿入し介在させてもよい。これに
より、断熱効果を一層高め、イオン源本体1の内壁をよ
り確実に高温に保つことが可能となる。
はイオン源本体1と永久磁石5との間に隙間52を設け
たが、例えば図10に示すように、隙間52の少なくと
も一部に断熱材55を挿入し介在させてもよい。これに
より、断熱効果を一層高め、イオン源本体1の内壁をよ
り確実に高温に保つことが可能となる。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明の
表面生成形負イオン源は、セシウム炉に窓を設けたの
で、イオン源本体を大気開放することなく、運転中にも
窓を通してセシウム炉内のセシウムの残量や酸化状態等
の確認を行うことができ、これによりセシウムを効果的
に使用することができ、運転効率を向上させることがで
きるという効果を奏する。
表面生成形負イオン源は、セシウム炉に窓を設けたの
で、イオン源本体を大気開放することなく、運転中にも
窓を通してセシウム炉内のセシウムの残量や酸化状態等
の確認を行うことができ、これによりセシウムを効果的
に使用することができ、運転効率を向上させることがで
きるという効果を奏する。
【図1】 この発明の実施の形態1による表面生成形負
イオン源のセシウム炉を示す側面図である。
イオン源のセシウム炉を示す側面図である。
【図2】 この発明の実施の形態2による表面生成形負
イオン源の要部を示す構成図である。
イオン源の要部を示す構成図である。
【図3】 この発明の実施の形態3による表面生成形負
イオン源のコンバータの断面図である。
イオン源のコンバータの断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態4による表面生成形負
イオン源の要部を示す構成図である。
イオン源の要部を示す構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態5による表面生成形負
イオン源のコンバータを示す正面図である。
イオン源のコンバータを示す正面図である。
【図6】 図5の断面図である。
【図7】 この発明の実施の形態6による表面生成形負
イオン源のコンバータを示す正面図である。
イオン源のコンバータを示す正面図である。
【図8】 図7のVIII−VIII線断面図である。
【図9】 この発明の実施の形態7による表面生成形負
イオン源の永久磁石の取付部分を示す断面図である。
イオン源の永久磁石の取付部分を示す断面図である。
【図10】 この発明の実施の形態8による表面生成形
負イオン源の永久磁石の取付部分を示す断面図である。
負イオン源の永久磁石の取付部分を示す断面図である。
【図11】 従来の表面生成形負イオン源の一例の要部
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図12】 従来のセシウム炉の一例を示す側面図であ
る。
る。
【図13】 図12の断面図である。
【図14】 従来の表面生成形負イオン源の他の例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図15】 図11のコンバータを拡大して示す構成図
である。
である。
【図16】 従来の表面生成形負イオン源のさらに他の
例を示す構成図である。
例を示す構成図である。
【図17】 図11の永久磁石を冷却する場合の構造の
一例を示す構成図である。
一例を示す構成図である。
1 イオン源本体、5 永久磁石、7 コンバータ、
9,41 コンバータヘッド、11 冷却水流路、21
窓、22 ヒータ、24 タングステン膜(荷電変換
膜)、26 セシウム導入部、31 熱電対(ヘッド温
度検出器)、51磁石押さえ板、52 隙間。
9,41 コンバータヘッド、11 冷却水流路、21
窓、22 ヒータ、24 タングステン膜(荷電変換
膜)、26 セシウム導入部、31 熱電対(ヘッド温
度検出器)、51磁石押さえ板、52 隙間。
Claims (1)
- 【請求項1】 イオン源本体と、 このイオン源本体に接続されるとともに、内部を確認す
るための窓を有しており、セシウムの蒸気を上記イオン
源本体に供給するセシウム炉とを備えていることを特徴
とする表面生成形負イオン源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10224523A JPH11109096A (ja) | 1994-06-27 | 1998-08-07 | 表面生成形負イオン源 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6144984A JP2862478B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 表面生成形負イオン源 |
JP10224523A JPH11109096A (ja) | 1994-06-27 | 1998-08-07 | 表面生成形負イオン源 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6144984A Division JP2862478B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 表面生成形負イオン源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11109096A true JPH11109096A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=15374780
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6144984A Expired - Fee Related JP2862478B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 表面生成形負イオン源 |
JP10224523A Pending JPH11109096A (ja) | 1994-06-27 | 1998-08-07 | 表面生成形負イオン源 |
JP10224524A Pending JPH11109097A (ja) | 1994-06-27 | 1998-08-07 | 表面生成形負イオン源 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6144984A Expired - Fee Related JP2862478B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 表面生成形負イオン源 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10224524A Pending JPH11109097A (ja) | 1994-06-27 | 1998-08-07 | 表面生成形負イオン源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (3) | JP2862478B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007003272A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Japan Atomic Energy Agency | 中性粒子入射装置におけるセシウムレベル測定方法およびセシウムの貯蔵タンク |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002170700A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Japan Atom Energy Res Inst | 負イオン中性粒子入射装置の制御装置及び制御方法 |
JP2007165107A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Jeol Ltd | イオン源 |
US10636538B2 (en) | 2014-09-16 | 2020-04-28 | Agni Energy, Inc. | Alf{acute over (v)}en-wave gyrating non-linear inertial-confinement reactor |
JP7319865B2 (ja) * | 2019-08-22 | 2023-08-02 | イビデン株式会社 | カソード |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP6144984A patent/JP2862478B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-07 JP JP10224523A patent/JPH11109096A/ja active Pending
- 1998-08-07 JP JP10224524A patent/JPH11109097A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007003272A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Japan Atomic Energy Agency | 中性粒子入射装置におけるセシウムレベル測定方法およびセシウムの貯蔵タンク |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11109097A (ja) | 1999-04-23 |
JP2862478B2 (ja) | 1999-03-03 |
JPH087816A (ja) | 1996-01-12 |
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