(57)【要約】【課題】陽極由来の不純物ガスが陰極近傍に侵入することが防止された、中性子発生装置を提供する。【解決手段】本発明の中性子発生装置１００は、筒状の真空容器１０１と、真空容器の軸方向（長さ方向）Ｌにおいて、２つの端部にそれぞれ取り付けられた陽極１０２と、真空容器１０１の軸方向Ｌにおいて、中間部に取り付けられた陰極１０３と、陰極１０３を貫通して配設され、真空容器１０１内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管１１Ａと、２つの陽極のそれぞれを貫通して配設され、真空容器１０１内のガスを排気する排気管１２Ａ、１２Ｂと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の真空容器と、
前記真空容器の軸方向において、２つの端部にそれぞれ取り付けられた陽極と、
前記真空容器の軸方向において、中間部に取り付けられた陰極と、
前記陰極を貫通して配設され、又は、前記陰極近傍に配設され、真空容器内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
前記２つの陽極のそれぞれを貫通して配設され、又は、前記２つの陽極のそれぞれの近傍に配設され、真空容器内のガスを排気する排気管と、を備える中性子発生装置。
【請求項２】
複数の前記燃料ガス供給管が、前記軸方向において前記陰極を挟むように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の中性子発生装置。
【請求項３】
前記真空容器が円筒状であり、
前記真空容器の中心軸に対して軸対称な位置に、複数の前記燃料ガス供給管が配設されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の中性子発生装置。
【請求項４】
前記真空容器が円筒状であり、
前記真空容器の中心軸に対して軸対称な位置に、複数の前記排気管が配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の中性子発生装置。
【請求項５】
前記陽極が、前記陰極の方から平面視して前記排気管の前記真空容器内に連結する排気口が見えないように、前記排気口を覆う庇部を有することを特徴とする請求項４に記載の中性子発生装置。
【請求項６】
前記２つの陽極のうち、少なくとも一方の陽極の内部に、真空容器内のガスが流れると共に前記排気管に連結する排気流路が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の中性子発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化、低コスト化が可能であり、制御性に優れた中性子発生装置（中性子源）として、慣性静電閉じ込め式核融合装置（以下では、ＩＥＣ中性子源と呼ぶ）が知られている。ＩＥＣ中性子源は、重水素ガスを導入した真空容器内で、陽極と陰極の間に数ｋＶ〜数１００ｋＶ程度の高電圧を印加し、プラズマ化した重水素イオンを陰極に向けて加速し、互いに衝突させて核融合反応を起こすことによって、中性子を発生させるものである。
【０００３】
制御性が特に優れたＩＥＣ中性子源として、対向する一対の陽極と、その間に挟まれた陰極とを有し、それらが略直線状に並んで配置された直線型ＩＥＣ中性子源が挙げられる（特許文献１）。直線型のＩＥＣ中性子源は、軸方向および方位角方向の対称性が良い電界を利用できる点、陰極・陽極ともに直接冷却が可能である点、両陽極に補助イオン源を設置できる点で、他のタイプのものより有利であり、高出力動作を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
核融合反応中のＩＥＣ中性子源においては、放電に伴って生成される高エネルギー粒子によって、陽極表面に過大な熱が加わり、一部でスパッタリングや蒸発が起きることが、本発明者の研究によって明らかとなっている。生成されたスパッタリング粒子や金属蒸気は、不純物となって真空容器内に拡散するため、中性子生成の原料となる重水素ガスの純度が低下し、その影響で中性子の発生率が低下してしまう。特に、このような陽極由来の不純物ガス（不純物粒子）が、核融合反応が主として行われる陰極近傍に侵入すると、中性子発生率低下の影響が大きくなる。燃料ガス供給管が一方の陽極側に備えられ、排気管を他方の陽極側に備えられた構成であっては、陽極由来の不純物ガスが陰極近傍に侵入することは避けられない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、陽極由来の不純物ガスが陰極近傍に侵入することが防止された、中性子発生装置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】
本発明は、本発明者の研究によって見出された上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【０００８】
（１）本発明の一態様に係る中性子発生装置は、筒状の真空容器と、前記真空容器の軸方向において、２つの端部にそれぞれ取り付けられた陽極と、前記真空容器の軸方向において、中間部に取り付けられた陰極と、前記陰極を貫通して配設され、又は、前記陰極近傍に配設され、真空容器内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記２つの陽極のそれぞれを貫通して配設され、又は、前記２つの陽極のそれぞれの近傍に配設され、真空容器内のガスを排気する排気管と、を備える。
【０００９】
（２）上記（１）に記載の中性子発生装置において、複数の前記燃料ガス供給管が、前記軸方向において前記陰極を挟むように配設されていてもよい。
【００１０】
（３）上記（１）または（２）のいずれかに記載の中性子発生装置において、前記真空容器が円筒状であり、  前記真空容器の中心軸に対して軸対称な位置に、複数の前記燃料ガス供給管が配設されていてもよい。
【００１１】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の中性子発生装置において、前記真空容器が円筒状であり、前記真空容器の中心軸に対して軸対称な位置に、複数の前記排気管が配設されていてもよい。
【００１２】
（５）上記（４）に記載の中性子発生装置において、前記陽極が、前記陰極の方から平面視して前記排気管の前記真空容器内に連結する排気口が見えないように、前記排気口を覆う庇部を有してもよい。
【００１３】
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の中性子発生装置において、前記２つの陽極のうち、少なくとも一方の陽極の内部に、真空容器内のガスが流れると共に前記排気管に連結する排気流路が形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の中性子発生装置は、陰極を貫通して配設され、又は、陰極近傍に配設され、真空容器内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、２つの陽極のそれぞれを貫通して配設され、又は、２つの陽極のそれぞれの近傍に配設され、真空容器内のガスを排気する排気管を備えるため、陽極由来の不純物ガスが陰極近傍に侵入することが防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る中性子発生装置の斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図６】本発明の第五実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図７】本発明の第六実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図８】本発明の第七実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図９】本発明の第ハ実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【図１０】本発明の第九実施形態に係る中性子発生装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１７】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る中性子発生装置１００の構成を、模式的に示す斜視図である。図２は、図１の中性子発生装置１００を、軸方向Ｌに平行に切断した場合の断面図である。
【００１８】
中性子発生装置１００は、筒状の真空容器１０１と、真空容器の軸方向（長さ方向）Ｌにおいて、２つの端部１０１ａ、１０１ｂにそれぞれ取り付けられた陽極１０２（１０２Ａ、１０２Ｂ）と、真空容器１０１の軸方向Ｌにおいて、中間部に取り付けられた陰極１０３と、陰極１０３を貫通して配設され、真空容器１０１内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管１１Ａと、２つの陽極１０２Ａ、１０２Ｂのそれぞれを貫通して配設され、真空容器１０１内のガスを排気する排気管１２Ａ、１２Ｂと、を備える。
図１では、燃料ガス供給管１１Ａ、排気管１２Ａ、１２Ｂの図示を省略している。
【００１９】
また、本実施形態の中性子発生装置１００においては、２つの陽極１０２Ａ、１０２Ｂに設けられた冷却部１０４をさらに備える。図１では、冷却部１０４の図示も省略している。
【００２０】
真空容器１０１は、円筒、矩形筒等の一方向に延在する筒状であればよいが、放電による加熱が偏らないように、軸対称の形状であることが好ましい。真空容器１０１は、例えば、セラミック、石英ガラス、エポキシガラス等の絶縁体で構成される。真空容器１０１の軸方向の機械的強度を考慮すると、側壁の厚さ１０１Ｔは、概ね５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。
以下では、真空容器１０１が円筒形状である場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
真空容器１０１の軸方向Ｌにおける両端部１０１ａ、１０１ｂは開口しており、それらを塞ぐように、陽極１０２が取り付けられている。陽極１０２は、例えば、ステンレス、タングステン、モリブデン等の導電体で構成される。２つの陽極１０２は、それぞれ、少なくとも一部が真空容器１０１の外部に露出しており、他の少なくとも一部は、真空容器１０１の内部空間１０１Ｓと接している。
【００２２】
図１、２では、柱状の陽極１０２を用いる場合を例示しているが、陽極１０２の形状についての制限はなく、真空容器１０１の端部に取り付けられるものであればよい。陽極１０２は、露出部分を多くする観点から、真空容器１０１の外部に突出するように取り付けられていることが好ましい。図１、２では、軸方向Ｌに沿って突出させている場合について例示しているが、軸方向Ｌに垂直に突出させてもよいし、軸方向Ｌに対して斜めの方向に突出させてもよい。突出方向および突出長さについては、周囲の構成に応じて決定される。
図２に示すように、冷却し易さの観点から、陽極１０２の少なくとも一部は真空容器１０１の外部に露出していることが好ましい。
【００２３】
陰極１０３は、真空容器１０１の軸方向Ｌに貫通孔１０３Ｈを有する導電部材である。陰極１０３は、２つの陽極１０２に挟まれた中間部において、少なくとも一部が真空容器１０１の外部に露出するように、真空容器１０１の側壁に沿って取り付けられている。図１では、陰極１０３の形状をリング状に簡略化して示しているが、より詳細には、図２に示すように、長さの異なる３つの筒状部（ここでは、第一筒状部１０３Ａ、第二筒状部１０３Ｂ、第三筒状部１０３Ｃと呼ぶ）が連結（一体化）されてなる。３つの筒状部の軸の位置は、いずれも真空容器１０１の軸（中心軸）１０１Ｃの位置と略一致している。
図２に示すように、冷却し易さの観点から、陰極１０３の少なくとも一部は真空容器１０１の外部に露出していることが好ましい。
【００２４】
第一筒状部１０３Ａは、真空容器１０１の外側において、真空容器１０１の外壁面に取り付けられている。第二筒状部１０３Ｂは、真空容器１０１の側壁を厚さ方向に貫いており、その外壁面が、第一筒状部１０３Ａの内壁面に連結されている。第三筒状部１０３Ｃは、真空容器１０１の内部空間に配され、その外壁面が、第二筒状部１０３Ｂの内壁面に連結されている。第三筒状部１０３Ｃの内壁面で囲まれた領域（貫通孔１０３Ｈ）は、重水素イオンの核融合反応が主として行われる領域となる。
【００２５】
本実施形態では、第二筒状部１０３Ｂが、真空容器１０１の側壁を全周にわたって貫いている場合を例示しており、真空容器１０１は一体ではなく、２つの部分１０１Ａ、１０１Ｂに分割可能な構成となっている。つまり、真空容器１０１は、陰極１０３を挟んで２つの部分１０１Ａ、１０１Ｂが連結してなる。
【００２６】
真空容器１０１と陽極１０２の境界、真空容器１０１と陰極１０３の境界は、銅等で構成されるガスケットを挟んだり、ろう付けしたりして、封止されている。
【００２７】
燃料ガス供給管１１Ａは、真空容器内に重水素などの燃料ガスを供給（導入）するためのものである。図２中の矢印は燃料ガスの流れを示す。
燃料ガス供給管１１Ａは、陰極１０３、より具体的には陰極の第一筒状部１０３Ａ、第二筒状部１０３Ｂ、第三筒状部１０３Ｃを軸方向Ｌに直交する方向に貫通して配置されている。なお、燃料ガス供給管１１Ａが貫通する方向は軸方向Ｌに直交する方向に限定されず、軸方向Ｌに対して斜め方向に貫通してもよい。
燃料ガス供給管１１Ａのうち、陰極１０３を貫通する部分は陰極１０３に貫通する穴からなり、陰極１０３から出た部分についてはその構成（材料や径など）としては、真空容器内に重水素などの燃料ガスを供給するために用いられている公知の構成とすることができる。例えば、陰極１０３から出た部分の材料としては、テフロン（登録商標（デュポン社）。フッ化炭素樹脂あるいはフッ素樹脂。化学物質名はプリテトラフルオロエチレン）、ナイロンなどを挙げることができる。また、その内径は例えば、２〜４ｍｍ程度とすることができる。
【００２８】
燃料ガス供給管１１Ａは、陰極及び／又は陰極近傍において真空容器の周囲に巻かれた部分を有してもよい。
燃料ガス供給管内で放電が起こると陰極に高電圧を印加することができなくなる。燃料ガス供給管内での放電を抑制するためには、電界方向に加速される電子の自由行程を短くすることが有効である。細管を陰極あるいはこの近傍の真空容器の周囲に巻くと、主たる電界の方向が燃料ガス供給管の半径方向になるため、上記の状況を作ることができる。
【００２９】
燃料ガス供給管１１Ａは、その内部に絶縁物の小球（ビーズ）を充填した構造を有してもよい。
前述したように，燃料ガス供給管内での放電を抑制するためには、電界方向に加速される電子の自由行程を短くすることが有効である。絶縁ビーズを充填すると電子の電界方向の自由行程が短くなるため、放電を抑制でき、燃料ガス供給管の全長を短くすることができる。
【００３０】
燃料ガス供給管１１Ａは、その内部に、管長に対して小さい断面積を有する絶縁物の細管を多数束ねた構造（チューブバンドル）を有してもよい。
流量を確保するために燃料ガス供給管の内径を大きくすると管内部での放電が起こりやすくなるが、細管をバンドルした場合には放電を抑制したまま流量を大きくできる。
【００３１】
排気管１２Ａ、１２Ｂは、真空容器１０１内のガスを排気するためのものである。図２中の矢印は燃料ガスの流れを示す。
排気管１２Ａ、１２Ｂのうち、陽極１０２Ａ、１０２Ｂを貫通する部分は陽極１０２Ａ、１０２Ｂに貫通する穴からなり、陽極１０２Ａ、１０２Ｂから出た部分についてはその構成（材料や径など）としては、中性子発生装置において真空容器内のガスを排気するために用いられている公知の構成とすることができる。例えば、陽極１０２Ａ、１０２Ｂから出た部分としては、陽極は基本的には接地されるため、金属（例えばステンレススチール）製の管を用いることができるが、絶縁物（例えば高分子材料）の管を用いてもよい。また、真空容器内を一旦高真空まで排気できれば、導入ガス量と釣り合う排気を行うだけなので、内径はそれ程大きくなくても良く、例えば１０ｍｍ程度とすることができる。
【００３２】
冷却部１０４は、放電中に発生する熱が陽極に加わった際に、陽極の過度の温度上昇を抑える機能を有するものである。冷却部１０４のこの機能によって、スパッタリングや蒸発が起きることが抑えられる。本実施形態では、冷却部１０４が、第一の冷却手段として、陽極の内部に形成された冷却媒体（冷媒）の流路１０５を有する場合について例示している。冷却媒体としては、例えば、水、フッ素系不活性液体（フロリナート（登録商標））、絶縁油等が用いられる。
【００３３】
流路１０５は、同じ冷却媒体が循環するように閉じていてもよいし、１回の冷却のたびに、冷却媒体が入れ替わるように開いていてもよい。流路１０５が閉じている場合には同じ冷却媒体を使用し続けることができ、冷却媒体を新たに加える必要がない分、コストを抑えることができる。流路１０５が開いている場合には、冷却媒体を再使用しないため、温度上昇した冷却媒体を冷却する設備が不要となる分、コストを抑えることができる。
【００３４】
冷却媒体の流路１０５による冷却効果は、加熱部分と接する流路１０５の表面積に比例して高くなる。加熱部分は、主に陰極１０３と対向する側に広がって分布するため、流路１０５は、この分布に沿って延在するように形成されていることが好ましい。
【００３５】
流路１０５の側壁との摩擦による圧力損失が大きいと、冷却媒体の流れが滞って冷却効率が低くなるため、流路１０５の最小幅は２ｍｍ以上であることが好ましい。また、屈曲部等で発生する渦による圧力損失が大きくても、同様にして冷却効率が低くなるため、流路１０５の曲がりを少なくすることが好ましい。例えば、冷却媒体の制御手段を、軸方向Ｌにおいて陽極１０２と重なる位置に設ける場合には、図２に示すような略Ｕ字状の流路が好ましい。
【００３６】
流路１０５は複数本形成されていてもよいし、１本の流路の途中で複数本に分岐していてもよい。それらの流路が中心軸１０１Ｃに対称に分布していれば、冷却による温度分布の均一性を高められるため、好ましい。
【００３７】
冷却部１０４は、第二の冷却手段として、陽極１０２のうち、外部に露出している部分に形成された熱交換フィン（冷却フィン）１０６を有していてもよい。熱交換フィン１０６は、陽極の露出面１０２ａから突出する単数または複数の板状部材で構成されている。熱交換フィン１０６を構成する板状部材は、大きい表面積を有することが好ましく、主面が露出面１０２ａに対して略垂直となるように、または傾斜するように立設されている。熱交換フィン１０６の材料としては、熱伝導率の高いものが好ましく、例えば、銅、アルミニウム等が挙げられる。
【００３８】
熱交換フィン１０６を有することにより、陽極１０２に加わった熱の放出面の面積が増加し、熱放出が効率的に行われるようになるため、陽極に対する冷却効果をさらに高めることができる。
【００３９】
中性子発生装置１００の動作について説明する。まず、液槽に収容したフッ素系不活性液体（フロリナート（登録商標））に浸漬された真空容器１０１内を、０．００１Ｐａ以下程度まで減圧し、そこに燃料ガス供給管１１Ａから重水素ガスを導入する。フッ素系不活性液体に浸漬することにより、真空容器１００を外部から絶縁するとともに、冷却することができる。
【００４０】
次に、２つの陽極１０２を接地し、陰極１０３に対して−数ｋＶ〜−数１００ｋＶ程度の高い負電圧を印加することにより、陽極１０２と陰極１０３との間に電位差（電場）を生じさせ、重水素ガスをイオン化するとともに、正に帯電した重水素イオンを、陽極１０２側から陰極１０３側へ加速させる。
【００４１】
加速された重水素イオンは、陰極１０３の位置に達した後に、陰極１０３の近傍で細かく往復する運動（振動）を繰り返す。より詳細には、軸方向Ｌに沿って、陰極の貫通孔１０３Ｈを一旦通り抜けた重水素イオンが、逆方向の電場によって加速されて貫通孔１０３Ｈを反対方向に通り抜ける。その後、貫通孔１０３Ｈを、最初の加速方向に通り抜け、逆方向に通り抜ける運動を繰り返すことになる。この運動の間、重水素イオンは、同様の運動状態の他の重水素イオン、あるいはイオン化していない重水素ガスと衝突し、核融合反応を引き起こすことによって、中性子が生成される。
燃料ガス供給管１１Ａから継続的に真空容器１０１内の陰極１０３近傍に重水素ガスを供給すると共に、２つの陽極側に配設された排気管１２Ａ、１２Ｂからのガスを継続的に排気することにより、真空容器内の環境状態を維持しつつ、中性子の生成を継続することができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る中性子発生装置１００においては、重水素ガスは陰極１０３近傍から排気管１２Ａ、１２Ｂが配設された陽極側に向かって流れるため、陰極１０３近傍の核融合反応領域に不純物ガスが侵入するのが防止される。
また、本実施形態に係る中性子発生装置１００は、陽極１０２の内部に冷却部１０４を備えているため、放電中に発生する熱が陽極１０２に加わったとしても、過度の温度上昇を抑えることができ、熱の影響による陽極１０２のダメージを軽減することができる。また、陽極１０２の内部に冷却部を備えることによって、加熱部分をより近い位置で冷却することができるため、真空容器１０１の外から間接的に冷却する場合に比べて、高い冷却効果が得られる。したがって、核融合反応中の陽極１０２表面のスパッタリングや蒸発を抑えることができ、それらに伴って発生する不純物の影響に起因する、中性子の発生率の低下を抑えることができる。
【００４３】
＜第二実施形態＞
図３は、本発明の第二実施形態に係る中性子発生装置１００Ａの構成を、模式的に示す断面図である。
中性子発生装置１００Ａが備える燃料ガス供給管１１Ａａ、１１Ａｂは、陰極１０３の近傍、より具体的には、軸方向Ｌにおいて陰極の第一筒状部１０３Ａを挟むように陰極の第一筒状部１０３Ａに近接して真空容器１０１を軸方向Ｌに直交する方向に貫通して配設されている。ここで、「陰極１０３の近傍」とは、陰極１０３近傍の核融合反応領域に不純物ガスが侵入するのが防止できる程度に、導入された重水素ガスが陰極１０３側から排気管１２Ａ、１２Ｂが配設された陽極側に向かった流れができるような位置であればよく、陰極１０３に近接していることを要しない。なお、本明細書において、「近傍」とは同様に、本発明の効果を奏する程度であればよく、近接していることを要しない。
燃料ガス供給管を陰極の近傍に配設する構成は、陰極を貫通させて配設する場合に比べて製作しやすい。
なお、燃料ガス供給管１１Ａａ、１１Ａｂが貫通する方向は軸方向Ｌに直交する方向に限定されず、軸方向Ｌに対して斜め方向に貫通してもよい。
【００４４】
その他の構成については、第一実施形態の構成と同様であり、第一実施形態と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
＜第三実施形態＞
図４は、本発明の第三実施形態に係る中性子発生装置１００Ｂの構成を、模式的に示す断面図である。
中性子発生装置１００Ｂが備える燃料ガス供給管１１Ａ、１１Ｂは、円筒状の真空容器１０１の中心軸Ｌに対して軸対称な位置に配設されている。
図４に示す中性子発生装置１００Ｂでは、燃料ガス供給管は２つであるが、３つ以上の燃料ガス供給管が中心軸Ｌに対して軸対称な位置に配設されていてもよい。
複数の燃料ガス供給管が中心軸Ｌに対して軸対称な位置に配設された構成とすることにより、燃料ガスを中心軸Ｌに対して軸対称な密度で供給することが可能となる。
【００４６】
その他の構成については、第一実施形態又は第二実施形態の構成と同様であり、第一実施形態又は第二実施形態と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態又は第二実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
＜第四実施形態＞
図５は、本発明の第四実施形態に係る中性子発生装置１００Ｃの構成を、模式的に示す断面図である。
中性子発生装置１００Ｃが備える排気管１２Ａ、１２Ｂは、円筒状の真空容器１０１の中心軸Ｌに対して軸対称な位置に、２つの陽極１０２Ａ、１０２Ｂのそれぞれを貫通して配設されている。
図５に示す中性子発生装置１００Ｃでは、排気管は２つであるが、３つ以上の排気管が中心軸Ｌに対して軸対称な位置に配設されていてもよい。
複数の排気管が中心軸Ｌに対して軸対称な位置に配設された構成とすることにより、燃料ガスを中心軸Ｌに対して軸対称なガスの流れを形成することが可能となる。
【００４８】
その他の構成については、第一実施形態から第三実施形態のいずれかの構成と同様であり、第一実施形態から第三実施形態のいずれかと対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態から第三実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００４９】
＜第五実施形態＞
図６は、本発明の第五実施形態に係る中性子発生装置１００Ｄの構成を、模式的に示す断面図である。図６に示す中性子発生装置１００Ｄでは、冷却部を備えない構成を例に挙げて説明する。
中性子発生装置１００Ｄが備える陽極１１２Ａ、１１２Ｂは、陰極１０３の方から平面視して排気管１２Ａ、１２Ｂの真空容器内に連結する排気口が見えないように、排気管１２Ａ、１２Ｂの排気口を覆う庇部１１２Ａａａ、１１２Ｂａａを有する。
ＩＥＣ中性子源の放電領域では、同じガス圧力でも電極間距離が長い方が放電電圧が下がる（電極間距離が長い方が放電し易い）。このため、排気口が陰極から見える構成では、放電は排気口で起こりやすくなり、一様な放電が妨げられる可能性がある。排気口に庇を設けることにより、排気口での局所的な放電を抑制できる。
陽極１１２Ａ、１１２Ｂは、庇部１１２Ａａａ、１１２Ｂａａを有する対向部１１２Ａａ、１１２Ｂａと、真空容器の端部の蓋にもなる蓋部１１２Ａｃ、１１２Ｂｃと、それらの間をつなぐ、庇部１１２Ａａ、１１２Ｂａよりも小径の連結部１１２Ａｂ、１１２Ｂｂとからなる。
【００５０】
その他の構成については、第一実施形態から第四実施形態のいずれかの構成と同様であり、第一実施形態から第四実施形態のいずれかと対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態から第四実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００５１】
＜第六実施形態＞
図７は、本発明の第六実施形態に係る中性子発生装置１００Ｅの構成を、模式的に示す断面図である。図７に示す中性子発生装置１００Ｅでは、冷却部を備えない構成を例に挙げて説明する。
中性子発生装置１００Ｅは、２つの陽極１２２Ａ、１０２Ｂのそれぞれを貫通して配設された排気管２２Ａ、２２Ｂと、２つの陽極１２２Ａ、１２２Ｂのそれぞれの内部に、真空容器内のガスが流れると共に排気管２２Ａ、２２Ｂに連結する排気流路２３Ａ、２３Ｂが形成されている。
ＩＥＣ中性子源の放電領域では、同じガス圧力でも電極間距離が長い方が放電電圧が下がる（電極間距離が長い方が放電し易い）。このため、排気管の排気口が陰極から見える構成では、放電は排気口で起こりやすくなり、一様な放電が妨げられる可能性がある。ガスが陽極内部に設けた排気流路を通って排気管に達する構成とすることにより、排気口での局所的な放電を抑制できる。
【００５２】
その他の構成については、第一実施形態から第五実施形態のいずれかの構成と同様であり、第一実施形態から第五実施形態のいずれかと対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態から第五実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００５３】
＜第七実施形態＞
図８は、本発明の第七実施形態に係る中性子発生装置１２０の構成を、模式的に示す断面図である。中性子発生装置１２０は、陽極１０２のうち、少なくとも真空容器の内部空間１０１Ｓに接する表層部分１０７が、高融点かつ高スパッタ耐性を有するタングステン、モリブデンの一方または両方を、主成分として５０％以上の割合で含む。ここでの表層部分１０７としては、内部空間１０１Ｓに接する最表面から０．０１ｍｍ程度の深さの部分が想定される。なお、表層部分１０７以外の部分に、タングステン、モリブデンの一方または両方を含んでいてもよい。
【００５４】
その他の構成については、第一実施形態から第六実施形態のいずれかの構成と同様であり、第一実施形態から第六実施形態のいずれかと対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態から第六実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００５５】
タングステン、モリブデンは、熱伝導性およびスパッタリング耐性に優れているため、これらを含む陽極の表層部分１０７では、過度に温度上昇することがなく、スパッタリング不純物、金属蒸気が発生しにくくなっている。
【００５６】
＜第八実施形態＞
図９は、本発明の第八実施形態に係る中性子発生装置１３０の構成を、模式的に示す断面図である。中性子発生装置１３０では、陽極１０２が、真空容器の中心軸１０１Ｃと略平行に、陰極１０３に向かって突出し、真空容器の中心軸１０１Ｃを囲む筒状部を少なくとも１つ有する。
【００５７】
本実施形態では、陽極１０２が、径の異なる２つの筒状部１０８、１０９（以下では、第一筒状部１０８、第二筒状部１０９と呼ぶ）を有しており、それらの中心軸は、真空容器の中心軸１０１Ｃと略一致している。真空容器の中心軸１０１Ｃから遠い側にある第一筒状部１０８が、中心軸１０１Ｃから近い側にある第二筒状部１０９に比べて、陽極１０２が取り付けられている端部１０１ａまたは端部１０１ｂから、遠い位置まで突出している。
【００５８】
その他の構成については、第一実施形態から第七実施形態のいずれかの構成と同様であり、第一実施形態から第七実施形態のいずれかと対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態から第七実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００５９】
第一筒状部１０８、第二筒状部１０９が形成されていることにより、第一筒状部１０８と第二筒状部１０９の間、第二筒状部１０９の内側においてイオン生成が行われるようになる。
【００６０】
陽極１０２を筒状に突出させることにより、中心軸１０１Ｃに対する電位分布の対称性が高められ、それに伴って、重水素イオンの陰極１０３近傍での振動の軸対称性を高めることができる。
【００６１】
冷却効果を高めるために、冷却媒体の流路１０５を筒状部１０８、１０９内に延長させてもよい。その場合には、流路１０５のスペースを確保するため、第一筒状部１０８、第二筒状部１０９の厚さは、概ね５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６２】
第一筒状部１０８が、第二筒状部１０９より遠い位置まで突出していることにより、第一筒状部の突出先１０８ａから第二筒状部の突出先１０９ａに向かう電場が発生する。そのため、陰極１０３に近づくにつれて中心軸１０１Ｃ近傍に収束するように、重水素イオンを加速させることができる。したがって、加速された重水素イオンを陰極の貫通孔１０３Ｈ内に局在化させ、重水素イオン同士の衝突確率（核融合反応率）を高めることができ、その結果として、中性子の発生効率を高めることができる。
【００６３】
＜第九実施形態＞
図１０は、本発明の第九実施形態に係る中性子発生装置１４０の構成を、模式的に示す断面図である。中性子発生装置１４０は、第八実施形態と同様に第一筒状部１０８、第二筒状部１０９を有しており、さらに、陽極の第一筒状部１０８と第二筒状部１０９の間（筒状陽極間）に磁場を印加する磁場印加部１１０を、第一筒状部１０８、第二筒状部１０９の内部に備えている。
【００６４】
その他の構成については、第一実施形態から第八実施形態のいずれかの構成と同様であり、第一実施形態から第八実施形態のいずれかと対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。本実施形態では、少なくとも第一実施形態から第八実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００６５】
磁場印加部１１０としては、永久磁石を用いることができる。第一筒状部１０８内の永久磁石と第二筒状部１０９内の永久磁石とは、磁化の向きが互いに揃うように設置される。磁場印加部１１０は、第一筒状部１０８と第二筒状部１０９の間（筒状陽極間）における、重水素ガスのイオン化をアシストする機能を有する。具体的には、磁場印加部１１０は、放電で生じたプラズマ中の電子に磁場を作用させてサイクロイド運動させ、イオン化せずに残留している重水素ガスと衝突させることにより、重水素イオンを追加生成することができる。
【００６６】
したがって、本実施形態では、重水素イオンをより多く発生させ、重水素イオン同士の衝突確率（核融合反応率）を高めることができ、その結果として、中性子の発生効率を高めることができる。また、本実施形態の陽極１０２は、冷却部１０４を備えており、陽極の過度な温度上昇を抑える機能を有しているため、永久磁石がキュリー点を超える高温状態となって、電子に磁場を作用させることができなくなる問題を回避することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１１Ａ、１１Ａａ、１１Ａｂ、１１Ｂ  燃料ガス供給管
１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ  排気管
２３Ａ、２３Ｂ  排気流路
１００、１００Ａ〜１００Ｅ、１２０、１３０、１４０・・・中性子発生装置
１０１・・・真空容器
１０１ａ、１０１ｂ・・・真空容器の端部
１０１Ａ、１０１Ｂ・・・２つに分かれた真空容器のそれぞれの部分
１０２、１１２、１２２・・・陽極
１０２ａ・・・陽極の露出面
１０３・・・陰極
１０３Ａ・・・陰極の第一筒状部
１０３Ｂ・・・陰極の第二筒状部
１０３Ｃ・・・陰極の第三筒状部
１０４・・・冷却部
１０５・・・流路
１０６・・・熱交換フィン
１０７・・・陽極の表層部分
１０８・・・陽極の第一筒状部
１０９・・・陽極の第二筒状部
１１０・・・磁場印加部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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