(57)【要約】【課題】プラズマ中性化セルを実現するためには、セル内に高密度プラズマを閉じ込める必要があり、永久磁石等でセルの周りに磁場を作る必要があるが、ビームが通過する領域では、ビームの軌道を曲げないために、極力、磁場を低減する必要がある。しかし、従来は、この磁場の低減によって、ビーム通過の開口部からプラズマが漏れ出し、十分に高い密度のプラズマを生成することが困難であった。【解決手段】プラズマ中性化セル本体を強い永久磁石でカスプ磁場配位を形成するように引り取り囲むとともに、発生したプラズマのセル開ロ部からの漏れ出しを抑制するために、ビームの入射口と出射口にシールド磁場を取り付けることにより、高密度プラズマを十分閉じ込めることからなるプラズマ中性化セル。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ中性化セル本体を強い永久磁石でカスプ磁場配位を形成するように引り取り囲むとともに、発生したプラズマのセル開ロ部からの漏れ出しを抑制するために、ビームの入射口と出射口にシールド磁場を取り付けることにより、高密度プラズマをセル内に閉じ込めることを特徴とするプラズマ中性化セル。
【請求項２】
ビーム入射口に、シールド磁場の外側にもう一組の磁場をシールド磁場と逆極性に配置することにより、核融合で要求される高エネルギーイオンの偏向を抑制することを特徴とする請求項１記載のプラズマ中性化セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合で要求されているような高エネルギー負イオンビームを中性化するためのプラズマ中性化セルに関するものである。かかる中性化セル内では、負に帯電したイオンが電気的に中性の原子に変換される。例えば、水素の場合、Ｈ−（水素負イオン）がＨ０（水素原子）に変換される。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ中性化セルを実現するためには、セル内に高密度プラズマを閉じ込める必要があり、永久磁石等でセルの周りに磁場を作る必要があるが、ビームが通過する領域では、ビームの軌道を曲げないために、極力、磁場を低減する必要がある。
【０００３】
又、プラズマ中性化セルについての論文も存在するが、セル内にプラズマを閉じ込めるために、そのセルの開口部に工夫をした研究はこれまで全く行われおらず、そのセルにおける磁場配位の方式も全く異なる（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｍ．Ｙ．Ｔａｎａｋａ，Ｍ．Ｂａｃａｌ，Ｍ．Ｓａｓａｏ，Ｔ．Ｋｕｒｏｄａ，“Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（１９９８）  ６９  Ｖｏｌ．２，ｐｐ．１９９８−２０００
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、この磁場の低減によって、ビーム通過の開口部からプラズマが漏れ出し、十分に高い密度のプラズマを生成することが困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は，この問題を解決するものである。セル本体を非常に強い永久磁石でカスプ磁場（図６に示されるように、極性が異なる磁場を交互に置いたときにできる磁場）配位を形成するように引り取り囲むとともに、発生したプラズマのセル開ロ部からの漏れ出しを抑制するために、ビームの入射口と出射口に３０ガウス程度のシールド磁場を取り付けた。これにより、高密度プラズマを十分閉じ込めることが出来る。
【０００７】
更に、本発明においては、ビーム入射口に、シールド磁場の外側にもう一組の磁場をシールド磁場と逆極性に配置する。これにより、核融合で要求されるＭｅＶ級の高エネルギーイオンの偏向を実用上問題とならない程度に抑制することが出来る。即ち、１ＭｅＶのＤ―イオン（重水素イオン）の偏向量は０．４７ｍｍであり、又２ＭｅＶのＤ−イオンの偏向量は０．３３ｍｍに抑制される。なお、本発明の中性化セルに用いた磁場配位は、プラズマ中性化セルに限らず、プラズマ応用機器等にも活用可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のプラズマ中性化セルにおいては、図１及び図６に示されるように、円筒形のセル壁の全外側壁を取り囲むようにして、その長さ方向に棒状の永久磁石をカブス磁場を形成するように多数配置する。このセルのビーム入射口及び出射口には、リング状ＮＳ磁石が設けられ、この磁石によりセルの入射口及び出射口にシールド磁場を形成させ、ビーム軸に対して垂直方向の磁場を発生させ、発生したプラズマのセル開ロ部からの漏れ出しを抑制する。
【０００９】
図２に、プラズマ中性化セルにおけるビームライン軸方向の磁場分布が示されており、そこでは、プラズマ源中心からの距離とビーム軸に対して垂直方向の磁場との関係が示されている。それによると、入射口と出射口との位置でのビーム軸に対する垂直方向のシールド磁場の強度は約３０ガウスである。
【００１０】
そのビーム入射口にはビームの軌道修正のために、図１及び図２に示されるように、シールド磁場の外側にもう一組の磁場が入射口のシールド磁場と逆極性に配置され、その磁場の強度がシールド磁場の強度と同じであるが、その極性が反対であるために、入射口において入射ビームの軌道修正が行われる。
【００１１】
図３には、本発明のプラズマ中性化セルの中心位置での磁場分布が示されており、ビームが通過する領域での磁場がほぼ０であり、ビームが偏向しないことを示している。
【００１２】
図４には、プラズマ密度（イオン飽和電流密度）のビーム軸方向分布が示されており、ビーム開口部にシールド磁場を取り付けることによって、プラズマ密度を２倍程度増大することができることを示している。即ち、プラズマ源の中心０から３００〜８００ｎｍの間におけるプラズマについては、ビーム開口部にシールドを取り付けない場合には、そのプラズマ密度が略５．０×１０−１１〜３×１０１１ｃｍ―３であるが、ビーム開口部にシールドを取り付けた場合には、そのプラズマ密度が略５．０×１０−１１〜９．３×１０１１ｃｍ―３に上昇していることを示している。
【００１３】
図５には、プラズマ密度（イオン飽和電流密度）のガス圧依存性が示されており、ビーム開口部にシールド磁場を取り付けることによって、０．５Ｐａ以下の低いガス圧で高密度のプラズマを生成することができたことを示している。即ち、プラズマ中性化セル中のガス圧（アルゴンガス圧）が低くても、ビーム開口部にシールド磁場を取り付けた場合には、シールド磁場を取り付けない場合に比較して、高密度のプラズマを発生させることが示されている。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のプラズマ中性化セルは、従来のガス中性化セルよりも中性化効率が２０％以上高く、かつ、動作に必要となるガス流量を１／３程度まで低減できるため、核融合炉用中性粒子入射装置を大幅に小型・簡素化する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ中性化セルの側面及び断面を示す図である。
【図２】本発明のプラズマ中性化セルのビームライン軸方向の磁場分布を示す図である。
【図３】本発明のプラズマ中性化セルの中心位置での磁場分布を示す図である。
【図４】本発明のプラズマ中性化セルのプラズマ密度のビーム軸方向分布を示す図である。
【図５】本発明のプラズマ中性化セルのプラズマ密度のガス圧依存性を示す図である。
【図６】カプス磁場を発生させる磁石の配置を示す図である。
【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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