(57)【要約】【課題】イオンビームを安定的に発生させることができるイオンビーム発生技術を提供する。【解決手段】イオンビーム発生装置１は、プラズマＰの発生源となるガスＧが満たされるプラズマ発生室２１と、プラズマ発生室２１に設けられ、ガスＧの分子を電離させてプラズマＰを発生させる電離用電極１６と、プラズマ発生室２１からプラズマＰが導入されるプラズマフォーカス室９と、プラズマフォーカス室９に設けられ、プラズマＰを加速させる加速用電極４とを備える。【選択図】  図１
2019186079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマの発生源となるガスが満たされるプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室に設けられ、前記ガスの分子を電離させてプラズマを発生させる電離用電極と、
前記プラズマ発生室から前記プラズマが導入されるプラズマフォーカス室と、
前記プラズマフォーカス室に設けられ、前記プラズマを加速させる加速用電極と、
を備えるイオンビーム発生装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生室と前記プラズマフォーカス室とを隔てる隔壁部と、
前記隔壁部に開口され、前記プラズマ発生室から前記プラズマフォーカス室に前記プラズマを導入させる少なくとも１つの導入孔と、
を備える請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生室は、
前記電離用電極の両極のうちの少なくとも一方の電極を隔てる誘電体で形成され、前記電離用電極の両極間に電圧が印加されて前記プラズマを発生させる放電部と、
絶縁体で形成され、前記放電部と前記プラズマフォーカス室とを繋ぐ進展部と、
から成り、
前記放電部で発生した前記プラズマに基づいて前記進展部に前記プラズマが発生し、この進展部の前記プラズマが前記プラズマフォーカス室に導入される請求項１または請求項２に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項４】
前記加速用電極は、
基端側が閉塞されるとともに先端側が開放された筒状の外側陰極と、
前記外側陰極の軸心に配置された棒状の内側陽極と、
から成り、
前記外側陰極の基端側に導入された前記プラズマが前記外側陰極の先端側に向かって軸方向に加速される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項５】
前記プラズマフォーカス室は、前記ガスの密度が前記プラズマ発生室よりも低い請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項６】
プラズマの発生源となるガスがプラズマ発生室に満たされるステップと、
前記プラズマ発生室に設けられた電離用電極により前記ガスの分子を電離させてプラズマを発生させるステップと、
プラズマフォーカス室に前記プラズマ発生室から前記プラズマが導入されるステップと、
前記プラズマフォーカス室に設けられた加速用電極により前記プラズマを加速させるステップと、
を含むイオンビーム発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、イオンビーム発生装置およびイオンビーム発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒状の外側陰極の軸心に棒状の内側陽極が配置され、内側陽極の基部が絶縁体により外側陰極から絶縁されたプラズマフォーカス装置がある。このようなプラズマフォーカス装置では、内側陽極が絶縁体と接する位置から沿面放電が起こり、プラズマシートが生成される。プラズマシートを通して電流が流れることにより自己磁場が発生するため、この自己磁場と電流によるローレンツ力によってプラズマシートを軸方向に加速し、イオンビームとして放出させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１７３６１号公報
【特許文献２】特許第１９２４８１８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】J.L. Ellsworth, AIP Conference Proceedings 1639, 27(2014) (Ion beam and neutron output from a sub-kilojoule dense plasma focus)
【非特許文献２】K. Masugata, et.al., University of Toyama (材料プロセスに向けたプラズマフォーカス装置の応用)
【非特許文献３】D.L. Willenborg, C.D. Hendricks, Charged Particle Laboratory Report No. 2-76 United States Airforce (Design and Construction of a Dense Plasma Focus)
【非特許文献４】R.F. Schneider, Research and Technology Department-Naval Surface Warfare Center (An Experimental Study of the Plasma Focus Device as a Charged Particle Accelerator)
【非特許文献５】R.P. Drake, Physics of Plasmas, Volume 7, Number 11 (The Design of Laboratory Experiments to Produce Collisionless Shocks of Cosmic Relevance)
【非特許文献６】D. Haberberger, S. Tochitsky, F. Fiuza, C. Gong, R.A. Fonseca, L.O. Silva, W.B. Mori, C. Joshi. Nature Physics Vol.8, January 2012 (Collisionless shocks in Laser-Produced Plasma Generate Monoenergetic High-Energy Protom Beams)
【非特許文献７】星野真弘、天野孝伸、日本物理学会誌、64(6),412,2009（宇宙における衝撃波粒子加速機構の新展開）
【非特許文献８】稲垣領太、佐々木徹、菊池崇志、原田信弘（長岡技術科学大学）（パルスパワー装置を用いた無衝突衝撃波の形成実験）
【非特許文献９】T.Takezaki, et.al., Physics of Plasmas 23,062904(2016)(Accelerated ions from pulsed-power-driven fast plasma flow in perpendicular magnetic field)
【非特許文献１０】K.Kondo, et.al., Review of Scientific Instruments 77, 036104(2006)(Compact pulse power device for generation of one-dimensional strong shock waves)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマフォーカス装置では、プラズマ中の荷電粒子が有する運動エネルギーを落とさずに加速させるために、荷電粒子の平均自由行程が装置系の大きさより長くなるように、その内部を真空の状態にしている。しかしながら、プラズマを発生させるためには、プラズマの発生源となるガスが或る程度の密度で存在する必要がある。この相反する条件が満たされるように、プラズマフォーカス装置の内部の真空度とガスの密度とを調整することが困難であり、イオンビームを安定的に発生させることができないという課題がある。
【０００６】
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、イオンビームを安定的に発生させることができるイオンビーム発生技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置は、プラズマの発生源となるガスが満たされるプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室に設けられ、前記ガスの分子を電離させてプラズマを発生させる電離用電極と、前記プラズマ発生室から前記プラズマが導入されるプラズマフォーカス室と、前記プラズマフォーカス室に設けられ、前記プラズマを加速させる加速用電極と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態により、イオンビームを安定的に発生させることができるイオンビーム発生技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のイオンビーム発生装置を示す斜視断面図。
【図２】イオンビーム発生装置を示す側断面図。
【図３】イオンビーム発生装置を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】プラズマ発生装置を示す側断面図。
【図５】イオンビーム発生方法を示すフローチャート。
【図６】変形例のイオンビーム発生装置を示す側断面図。
【図７】進展部を伸ばした状態を示す側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、イオンビーム発生装置の実施形態について詳細に説明する。なお、イオンビーム発生装置は、プラズマ状態のイオンを加速して出力する。この加速されて出力されるプラズマをイオンビームと称して以下に説明する。
【００１１】
イオンビーム発生装置は、炭素イオンなどで構成されるイオンビームを患者の患部（がん）に照射して治療を行う粒子線治療装置、または、ホウ素を含む薬剤が投与された患者に対して、イオンビームを介して発生させた中性子を照射することで治療を行うホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）などのイオンビームを利用した治療装置のイオン源として用いられる。
【００１２】
また、イオンビーム発生装置は、Ｘ線源、中性子源、核融合の高密度プラズマ、または、材料プロセスなどの幅広い範囲の工学用途において、高エネルギー粒子のビーム源として用いられる。
【００１３】
従来、イオンビームを利用する治療装置では、イオン源から引き出されたイオンを、線形加速器を用いて静電場で加速させる。そして、シンクロトロン（円形加速器）で周回加速させて所定の設定エネルギーまで高められたイオンビームを治療に用いる。
【００１４】
また、イオン源から引き出された低エネルギーのイオンを電場で加速する線形加速器として、荷電粒子特有の空間電荷効果による発散を抑制しつつ、高エネルギーのイオンビームを出力できる高周波四重極線形加速器が広く利用されている。
【００１５】
従来の加速器施設では、イオン源および線形加速器の両方の装置を備える。そのため、施設全体が大型化するとともに複雑化している。ここで、線形加速器を必要せずにイオン源単体で高エネルギーのイオンビームを供給可能となれば、施設の構成を簡易かつコンパクトにすることが可能となる。
【００１６】
また、大電流かつ高エネルギーのイオンビームを出力できれば、そのイオンビームをＢＮＣＴなどの治療装置に直接利用することも可能となる。しかしながら、従来の線形加速器を用いた静電加速では、耐電圧性能の観点から、出力できるイオンビームの到達エネルギーに限界が存在する。
【００１７】
図１の符号１は、本実施形態のイオンビーム発生装置である。以下に説明するイオンビーム発生装置１では、線形加速器を用いること無く、大電流かつ高エネルギーのイオンビーム（荷電粒子ビーム）を出力できる。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施形態のイオンビーム発生装置１は、プラズマＰを発生させる複数のプラズマ発生部２と、プラズマＰを加速するプラズマフォーカス部３とを備える。
【００１９】
以下、図１および図２の紙面左側をイオンビーム発生装置１の基端側（後方側、上流側）とし、紙面右側をイオンビーム発生装置１の先端側（前方側、下流側）として説明する。
【００２０】
プラズマフォーカス部３は、プラズマＰを加速する加速用電極４を備える。この加速用電極４は、基端側が閉塞されるとともに先端側が開放された筒状のカソードとしての外側陰極５と、この外側陰極５の軸心に配置された棒状のアノードとしての内側陽極６とから成る。つまり、加速用電極４は、外側陰極５と内側陽極６とが同心に配置された同心電極である。
【００２１】
さらに、プラズマフォーカス部３は、外側陰極５の基端側を閉塞する隔壁部７と、外側陰極５の先端側に設けられた筒状の誘導管８とを備える。なお、誘導管８と外側陰極５と隔壁部７で囲まれた内部空間が、プラズマフォーカス室９となっている。
【００２２】
プラズマフォーカス室９は、真空にされる。なお、イオンビーム発生装置１を真空チェンバの内部に配置することで、プラズマフォーカス室９を真空にしても良い。つまり、イオンビーム発生装置１は、プラズマフォーカス室９を真空にするための真空ポンプなどの装置を備える。
【００２３】
外側陰極５および内側陽極６は、電力線１１，１２を介して電源１０に接続される。なお、外側陰極５は、電力線１１を介して電源１０の負極に接続される。また、内側陽極６は、電力線１２を介して電源１０の正極に接続される。電源１０の発生する電圧波形は任意であるが、パルス電圧波形が好適である。
【００２４】
外側陰極５は、中空円筒形状を成す電極である。この外側陰極５は、基端側から延びる円筒形状を成す部分と、この円筒形状を成す部分の先端側に設けられ、先端側にゆくに従って窄まる形状を成す部分とを有する。また、外側陰極５の内周面の形状も、円筒形状を成す部分と、その先端側の窄まる形状を成す部分とを有する。
【００２５】
外側陰極５は、内側陽極６を中心として、その周囲に配置される。そして、外側陰極５の内部のプラズマフォーカス室９は、進行するプラズマＰを内側陽極６の円錐状の先端に案内するために、途中から狭まるように形成される。
【００２６】
なお、外側陰極５の窄まった先端部分の中央の円形の開口に、この開口とほぼ同じ内径を有する円筒形状を成す誘導管８が接続される。
【００２７】
内側陽極６は、円柱状を成す電極である。この内側陽極６は、基端側から延びる円柱形状を成す部分と、この円柱形状を成す部分の先端側に設けられ、先端側にゆくに従って窄まる円錐形状を成す部分とを有する。
【００２８】
図２および図３に示すように、外側陰極５の基端側を閉塞する隔壁部７は、円盤状の部材である。この隔壁部７は、絶縁体で形成される。例えば、ＮＣナイロン、テフロン（登録商標）、デルリン（登録商標）などの合成樹脂系の絶縁材料を用いて隔壁部７が形成される。また、窒化ホウ素などのセラミック材料を用いて隔壁部７を形成しても良い。
【００２９】
隔壁部７の中央部には、内側陽極６が設けられる中央孔１３が開口されている。また、隔壁部７には、中央孔１３の周囲に複数の導入孔１４が開口されている。これらの導入孔１４は、内側陽極６の周方向に沿って均等に並んで配置される。本実施形態では、４つの導入孔１４が設けられている。
【００３０】
これらの導入孔１４には、それぞれに対応するプラズマ発生部２が接続される。本実施形態では、４つの導入孔１４のそれぞれに対応する４つのプラズマ発生部２が設けられる。なお、プラズマ発生部２で発生したプラズマＰは、導入孔１４を介してプラズマフォーカス室９に導入される。つまり、プラズマＰが外側陰極５の基端側に導入される。
【００３１】
そして、電源１０により外側陰極５と内側陽極６との間に電圧を印加することで、プラズマ発生部２から外側陰極５の基端側に導入されたプラズマＰが、この外側陰極５の先端側に向かって軸方向に加速される。このようにすれば、プラズマＰを安定的に加速させることができる。
【００３２】
図１および図２に示すように、外側陰極５と内側陽極６に印加された電圧により、プラズマＰを通して放射状の電流Ｃが流れる。そのため、プラズマフォーカス室９において、内側陽極６の周方向に自己磁場Ｍ１が発生する。ここで、放射状の電流Ｃと周方向に自己磁場Ｍ１とは、互いに垂直に交わる。
【００３３】
自己磁場Ｍ１とプラズマＰを通して流れる電流Ｃとで生じるローレンツ力により、プラズマＰが加速用電極４の軸方向に加速移動される。なお、この自己磁場Ｍ１による加速は、磁気ピストンと呼ばれる。
【００３４】
なお、プラズマＰが加速移動されるときに、このプラズマＰの前方に圧縮ガスの薄い層である衝撃波前面Ｗが形成される。この衝撃波前面Ｗは、磁気ピストンに先行し、プラズマフォーカス室９の空間内に存在するガスを掃引して電離させる。
【００３５】
そして、内側陽極６の先端の円錐部まで到達されたプラズマＰは、内側陽極６が途切れた部分で、ローレンツ力（Ｊ×Ｂ）により径方向に圧縮（ピンチ）される。つまり、内側陽極６の先端を過ぎると、内側陽極６から先端方向に向けて電流が流れることで、自己磁場Ｍ１によりプラズマＰが圧縮される。このとき、プラズマＰは、高温かつ高密度となり、圧縮された効果により軸方向の運動エネルギーは熱エネルギーに変換される。
【００３６】
そして、圧縮されたプラズマＰは、高いエネルギー状態で誘導管８の内部に伝搬される。なお、誘導管８の内部は、プラズマフォーカス室９よりも圧力が低いので、この圧力差によりプラズマＰが誘導管８の内部に伝搬される。
【００３７】
イオンビーム発生装置１は、誘導管８の内部を通過するプラズマＰの進行方向に対して垂直な磁場Ｍ２を印加する垂直磁場発生部１５を備える。この垂直磁場発生部１５は、誘導管８を挟むように設けられ、プラズマＰの進行方向に対して垂直な磁場Ｍ２を発生させる。
【００３８】
プラズマフォーカス室９から誘導管８の内部に伝搬されたプラズマＰは、誘導管８に加えられた垂直磁場Ｍ２を通過する。このとき、垂直磁場Ｍ２によって電場が誘導されて、プラズマＰがさらに加速される。
【００３９】
本実施形態では、プラズマフォーカス室９および誘導管８の内部空間を１Ｐａ以下の真空状態に保持する。さらに、誘導管８の長さを、イオンおよび電子の平均自由行程よりも短くなるように設定している。このようにすれば、誘導管８の内部を伝播するプラズマＰが、無衝突となり高エネルギー状態が維持され、誘導管８から出力される。
【００４０】
プラズマＰをプラズマフォーカス室９において加速し、かつ圧縮して、誘導管８においてプラズマＰを外部磁場との相互作用により無衝突状態で加速することにより、大電流かつ高エネルギーのイオンビームが出力される。
【００４１】
次に、プラズマ発生部２について詳述する。本実施形態のイオンビーム発生装置１が備える複数のプラズマ発生部２は、同一構成であるので、１つのプラズマ発生部２のみを用いて説明する。
【００４２】
図４に示すように、プラズマ発生部２は、ガスＧの分子を電離させてプラズマＰを発生させる電離用電極１６と、電離用電極１６の両電極１７，１８間に電圧が印加されたときにプラズマＰが発生される放電部１９と、放電部１９とプラズマフォーカス室９とを繋ぐ進展部２０とを備える。なお、放電部１９と進展部２０の内部空間が、プラズマ発生室２１となっている。
【００４３】
放電部１９は、石英ガラスなどの誘電体で形成される管である。この放電部１９には、プラズマＰの発生源となる電離用のガスＧが供給される。なお、電離用のガスＧは、利用されるイオンビームの種類によって適宜選択される。例えば、水素、キセノン、アルゴンなどのガスが用いられる。プラズマ発生室２１は、電離用のガスＧで満たされる。
【００４４】
放電部１９の内部には、電離用電極１６の棒状の電極１７が配置される。放電部１９の外周には、電離用電極１６の円環状の電極１８が配置される。つまり、放電部１９は、電離用電極１６の一方の電極１７と他方の電極１８とを隔てる誘電体である。放電部１９の内部の電極１７は、ガスＧに曝される。一方、放電部１９の外周の電極１８は、ガスＧに曝されることがない。
【００４５】
なお、放電部１９の内部の棒状の電極１７を誘電体の部材で覆っても良い。つまり、電離用電極１６の両電極１７，１８がガスＧに曝されないようにしても良い。また、放電部１９の内部の棒状の電極１７を誘電体の部材で覆い、円環状の電極１８を放電部１９の内周に配置しても良い。
【００４６】
電離用電極１６の両電極１７，１８は、電力線２２，２３を介して交流電源２４に接続される。なお、放電部１９の外周の電極１８は、接地２５を介して交流電源２４に接続される。交流電源２４は、高周波電流を発生させる。例えば、１３ｋＨｚの周波数の電流を発生させる。この高周波は、１０ｋＨｚから３００ｋＨｚまでの周波数であれば良い。
【００４７】
電離用電極１６に高周波の交流電流が供給されると、放電部１９でガスＧの分子が電離し、プラズマＰが発生する。放電部１９の内部は、ガスＧで満たされているので、その密度がプラズマフォーカス室９よりも高くなっている。そのため、ガスＧが電離したときに、この電離された分子または電子が他の分子に衝突し易くなる。この衝突された他の分子も電離されるので、さらにプラズマＰが発生する。このように、プラズマＰを安定的に発生させることができる。
【００４８】
プラズマフォーカス室９の内部体積よりも小さい内部体積を有するプラズマ発生室２１において、放電部１９の内部のガスＧを電離させるだけで良いので、電離用電極１６の小型化を図ることができる。さらに、電離用電極１６の両電極１７，１８に印加される電力が低電圧でもプラズマＰを発生させることができる。なお、イオンビーム発生装置１の全体構成を小型化できるので、初期コストを低減させることができる。
【００４９】
進展部２０は、合成樹脂系の絶縁材料またはセラミック材料などの絶縁体で形成された管である。この進展部２０の上流側の端部が放電部１９に接続される。さらに、進展部２０の下流側の端部が導入孔１４に接続される。図４では、進展部２０が、側面視でＬ字状に屈曲されている。また、放電部１９の内径よりも進展部２０の内径が小さくなっている。なお、放電部１９の内径よりも進展部２０の内径が大きくても良いし、放電部１９の内径と進展部２０の内径が同一であっても良い。
【００５０】
放電部１９で発生したプラズマＰに基づいて、進展部２０にて、さらにプラズマＰが発生する。つまり、進展部２０にて、プラズマＰが進展される。そして、進展されたプラズマＰが進展部２０からプラズマフォーカス室９に導入される。このようにすれば、進展部２０でプラズマＰが進展されるので、プラズマＰの生成量が安定し、プラズマＰを継続的にプラズマフォーカス室９に導入させることができる。
【００５１】
なお、隔壁部７は、プラズマ発生室２１とプラズマフォーカス室９とを隔てる部材である。導入孔１４は、プラズマ発生室２１からプラズマフォーカス室９にプラズマＰを導入させる開口である。導入孔１４の開口寸法は、プラズマフォーカス室９の内径寸法よりも小さいので、プラズマフォーカス室９が真空状態であっても、プラズマ発生室２１の内圧が下がり難くなっている。このようにすれば、プラズマ発生室２１のガスＧの密度を高めつつ、プラズマフォーカス室９の真空度を高めることができる。
【００５２】
なお、隔壁部７により、プラズマ発生室２１とプラズマフォーカス室９とが隔てられるので、互いの内圧が変化しないようにできる。さらに、進展部２０の長さと導入孔１４の径を調整することで、プラズマ発生室２１とプラズマフォーカス室９との圧力差を調整することができる。
【００５３】
プラズマフォーカス室９は、真空であるので、ガスＧの密度がプラズマ発生室２１よりも低くなっている。つまり、プラズマＰが有するエネルギーを落とさずに加速させることができる。これに対してプラズマ発生室２１は、電離用のガスＧで満たされるので、プラズマＰを安定的に発生させることができる。
【００５４】
また、プラズマフォーカス部３では、プラズマＰを生成しなくても済むので、加速用電極４に加える電圧が、従来よりも低い電圧で済むようになる。さらに、プラズマフォーカス室９の基端側をプラズマＰで満たすことができるので、この基端側において、外側陰極５と内側陽極６との間を流れる電流Ｃを安定させることができる。さらに、この基端側においても、充分な強さのローレンツ力を発生させることができるので、プラズマＰの加速効率が向上される。
【００５５】
次に、イオンビーム発生装置１が実行するイオンビーム発生方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
図５に示すように、まず、ステップＳ１１において、プラズマ発生室２１である放電部１９に電離用のガスＧが供給される。ここで、プラズマ発生室２１がガスＧで満たされる。次のステップＳ１２において、交流電源２４により高周波の電流を発生させる。この電流が電離用電極１６に供給されることで、両電極１７，１８の間で放電が起きる。
【００５７】
次のステップＳ１３において、電離用電極１６の放電により、ガスＧの分子を電離させてプラズマＰを発生させる。次のステップＳ１４において、放電部１９で発生したプラズマＰに基づいて、進展部２０にてガスＧがさらに電離され、プラズマＰが進展される。
【００５８】
次のステップＳ１５において、ガスＧの密度がプラズマ発生室２１よりも低い真空状態のプラズマフォーカス室９に、導入孔１４からプラズマＰが導入される。次のステップＳ１６において、電源１０により、加速用電極４の外側陰極５と内側陽極６との間に電圧が印加される。
【００５９】
次のステップＳ１７において、外側陰極５と内側陽極６に印加された電圧により、プラズマＰを通して放射状の電流Ｃが流れる。そして、自己磁場Ｍ１とプラズマＰを通して流れる電流Ｃとで生じるローレンツ力により、プラズマＰが加速用電極４の軸方向に加速移動される。次のステップＳ１８において、内側陽極６の先端の円錐部まで到達されたプラズマＰは、ローレンツ力により径方向に圧縮される。
【００６０】
次のステップＳ１９において、プラズマＰが誘導管８の内部に伝搬され、誘導管８に加えられた磁場Ｍ２との相互作用によりプラズマＰがさらに加速される。次のステップＳ２０において、高エネルギー状態のイオンビームが誘導管８から出力される。
【００６１】
次に、変形例のイオンビーム発生装置１Ａを図６および図７を用いて説明する。変形例のイオンビーム発生装置１Ａでは、プラズマ発生部２Ａの進展部２０Ａの曲げ伸ばしが可能になっている。その他の構成は前述の実施形態と同一である。
【００６２】
図６および図７に示すように、変形例では、プラズマ発生部２Ａの進展部２０Ａが、放電部１９に接続された第１管部２６と、導入孔１４に接続された第２管部２７と、第１管部２６と第２管部２７とを接続する間接部２８とから成る。
【００６３】
そして、第１管部２６が間接部２８を中心に揺動される。進展部２０Ａは、曲げられた状態、または、伸ばされた状態のいずれであっても、放電部１９で発生されたプラズマＰを通過させることができる。このようにすれば、進展部２０Ａの可動が可能になるため、プラズマ発生部２Ａをプラズマフォーカス部３に容易に取り付けることができる。また、プラズマ発生部２Ａが配置される向きを自在に変更できるので、イオンビーム発生装置１Ａを真空チェンバの内部に配置する作業を容易に行うことができる。
【００６４】
以上説明した実施形態によれば、プラズマの発生源となるガスが満たされるプラズマ発生室を備えることにより、イオンビームを安定的に発生させることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、隔壁部７に複数の導入孔１４が開口されているが、その他の形態であっても良い。例えば、隔壁部７に１つの導入孔１４が開口されていても良い。
【００６６】
なお、本実施形態では、複数の導入孔１４のそれぞれに対応する複数のプラズマ発生部２が設けられているが、その他の形態であっても良い。例えば、１つのプラズマ発生部２を設けるようにし、このプラズマ発生部２の放電部１９に繋がる進展部２０を複数に分岐し、分岐されたそれぞれの端部を、複数の導入孔１４にそれぞれ接続しても良い。
【００６７】
なお、本実施形態では、プラズマフォーカス室９および誘導管８の内部空間を１Ｐａ以下の真空状態に保持しているが、０.１Ｐａ以下、１０Ｐａ以下、または１００Ｐａ以下に保持しても良い。
【００６８】
なお、本実施形態のイオンビーム発生装置１を、航空宇宙の分野におけるロケットエンジンに適用しても良い。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１（１Ａ）…イオンビーム発生装置、２（２Ａ）…プラズマ発生部、３…プラズマフォーカス部、４…加速用電極、５…外側陰極、６…内側陽極、７…隔壁部、８…誘導管、９…プラズマフォーカス室、１０…電源、１１，１２…電力線、１３…中央孔、１４…導入孔、１５…垂直磁場発生部、１６…電離用電極、１７，１８…電極、１９…放電部、２０（２０Ａ）…進展部、２１…プラズマ発生室、２２，２３…電力線、２４…交流電源、２５…接地、２６…第１管部、２７…第２管部、２８…間接部、Ｃ…電流、Ｇ…ガス、Ｍ１…自己磁場、Ｍ２…垂直磁場、Ｐ…プラズマ、Ｗ…衝撃波前面。
【図１】
2019186079.tif 000003
【図２】
2019186079.tif 000004
【図３】
2019186079.tif 000005
【図４】
2019186079.tif 000006
【図５】
2019186079.tif 000007
【図６】
2019186079.tif 000008
【図７】
2019186079.tif 000009