(57)【要約】【課題】溶融バルク高温超伝導体によって所望の磁場を形成することにより、プラズマ閉じ込め装置、電子・イオンビーム発生装置などを小型化する。【解決手段】電子・イオンビーム発生装置２０は、内部に配置された一対の放電電極２４，２５に電圧が印加されてプラズマが生成される円筒容器２１に溶融バルク高温超伝導体２２，２３が２つ嵌められ、これら溶融バルク高温超伝導体２２，２３が互いに異なる磁極を対向させて放電電極の外側近傍にそれぞれ配置され、プラズマは両溶融バルク高温超伝導体２２，２３の間に閉じ込められている。放電電極２５の外側位置に引き出し電極２７が並設されており、プラズマ中から電子を引き出し電極２７により引き出し加速して引き出し電極２７から電子ビームを射出する。【選択図】　図３
2004111330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマが生成された円筒容器に、ドーナツ状に形成されて貫通穴の一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴の他端に他方が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が少なくとも２つ嵌められ、該溶融バルク高温超伝導体が互いに異なる磁極を対向させて前記プラズマを挟むように配置されて該プラズマを前記溶融バルク高温超伝導体の間に閉じ込めたことを特徴とするプラズマ閉じ込め装置。
【請求項２】
請求項１において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、前記貫通穴の中心軸が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることを特徴とするプラズマ閉じ込め装置。
【請求項３】
内部に配置された一対の放電電極に電圧が印加されてプラズマが生成される円筒容器に、ドーナツ状に形成されて貫通穴の一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴の他端に他方が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が少なくとも２つ嵌められ、該溶融バルク高温超伝導体が互いに異なる磁極を対向させて前記放電電極の外側近傍にそれぞれ配置され、前記放電電極のいずれか一方の外側位置に引き出し電極が並設されてなり、前記プラズマは前記溶融バルク高温超伝導体の間に閉じ込められ、該プラズマ中から電子またはイオンを引き出し電極により引き出し加速して引き出し電極から電子またはイオンビームを射出することを特徴とする電子・イオンビーム発生装置。
【請求項４】
請求項３において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、前記貫通穴の中心軸が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることを特徴とする電子・イオンビーム発生装置。
【請求項５】
ドーナツ状に形成されて貫通穴の一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴の他端に他方が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に同一磁極を向かい合わせて複数個並べて配置されて、これら溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過する電子またはイオンビームを収束させることを特徴とする収束装置。
【請求項６】
請求項５において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、前記貫通穴の中心軸が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることを特徴とする収束装置。
【請求項７】
ドーナツ状に形成されて周壁の互いに対向する一方および他方にＮ極およびＳ極が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置されて、該溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過する該ビームを偏向させることを特徴とする偏向器。
【請求項８】
請求項７において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、前記貫通穴の磁場の方向が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることを特徴とする偏向器。
【請求項９】
ドーナツ状に形成されて周壁に周方向に沿ってＮ極およびＳ極が交互に複数配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置されて、該溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過する該ビームを収束させることを特徴とする収束装置。
【請求項１０】
請求項９において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、各部の磁場の方向が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であるようにｃ軸方向の異なる複数の部分からなることを特徴とする収束装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融バルク高温超伝導体を備えた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、放電容器内に生成したプラズマを閉じ込めるプラズマ閉じ込め装置、電子またはイオンビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置は知られている。これら装置においては、荷電粒子（電子、イオン）に力を作用させるために電場および／または磁場を形成しており、この磁場を形成するためにソレノイドコイルが備えられ、このソレノイドコイルに電流を流して所望の磁場を得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した装置においては、ソレノイドコイル自体ひいてはソレノイドコイルを備えた装置が大型であるという問題があり、またその磁場を形成している間通電を続けなければならないので消費電力が増大するという問題があった。本発明者はこれら問題に対処するために鋭意研究を行った結果、ソレノイドコイルと同等の磁場の形成をソレノイドコイルより小型な溶融バルク高温超伝導体により実現できることを見出し、これら知見に基づいて本発明を完成させた。
【０００４】
本発明の目的は、溶融バルク高温超伝導体によって所望の磁場を形成することにより、プラズマ閉じ込め装置、電子・イオンビーム発生装置などを小型化することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、内部にプラズマが生成された円筒容器に、ドーナツ状に形成されて貫通穴の一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴の他端に他方が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が少なくとも２つ嵌められ、該溶融バルク高温超伝導体が互いに異なる磁極を対向させてプラズマを挟むように配置されて該プラズマを溶融バルク高温超伝導体の間に閉じ込めたことである。
【０００６】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、貫通穴の中心軸が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることである。
【０００７】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、内部に配置された一対の放電電極に電圧が印加されてプラズマが生成される円筒容器に、ドーナツ状に形成されて貫通穴の一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴の他端に他方が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が少なくとも２つ嵌められ、該溶融バルク高温超伝導体が互いに異なる磁極を対向させて放電電極の外側近傍にそれぞれ配置され、放電電極のいずれか一方の外側位置に引き出し電極が並設されてなり、プラズマは溶融バルク高温超伝導体の間に閉じ込められ、該プラズマ中から電子またはイオンを引き出し電極により引き出し加速して引き出し電極から電子またはイオンビームを射出することである。
【０００８】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、貫通穴の中心軸が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることである。
【０００９】
請求項５に係る発明の構成上の特徴は、ドーナツ状に形成されて貫通穴の一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴の他端に他方が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に同一磁極を向かい合わせて複数個並べて配置されて、これら溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過する電子またはイオンビームを収束させることである。
【００１０】
請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、貫通穴の中心軸が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることである。
【００１１】
請求項７に係る発明の構成上の特徴は、ドーナツ状に形成されて周壁の互いに対向する一方および他方にＮ極およびＳ極が配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置されて、該溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過する該ビームを偏向させることである。
【００１２】
請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、貫通穴の磁場の方向が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であることである。
【００１３】
請求項９に係る発明の構成上の特徴は、ドーナツ状に形成されて周壁に周方向に沿ってＮ極およびＳ極が交互に複数配置されたのと同様な磁場を形成する溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置されて、該溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過する該ビームを収束させることである。
【００１４】
請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項９において、溶融バルク高温超伝導体は主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有し、各部の磁場の方向が超電導相結晶のｃ軸とほぼ平行であるようにｃ軸方向の異なる複数の部分からなることである。
【００１５】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、溶融バルク高温超伝導体の貫通穴には軸方向に沿った磁場が形成され、離間する２つの溶融バルク高温超伝導体の間にはミラー磁場が形成され、これによりプラズマが両溶融バルク高温超伝導体の間に閉じ込められる。したがって、溶融バルク高温超伝導体を用いてもソレノイドコイルと同様にプラズマを閉じ込めることができる。
【００１６】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、一対の放電電極間に形成され溶融バルク高温超伝導体により閉じ込められたプラズマから電子またはイオンを引き出して電子またはイオンビームを射出させることができる。したがって、溶融バルク高温超伝導体を用いてもソレノイドコイルと同様に電子またはイオンビームを射出することができる。
【００１７】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に同一磁極を向かい合わせて複数個並べて配置されているので、これら溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過する電子またはイオンビームが収束される。したがって、溶融バルク高温超伝導体を用いてもソレノイドコイルと同様に電子またはイオンビームを収束させることができる。
【００１８】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、溶融バルク高温超伝導体はドーナツ状に形成され、この溶融バルク高温超伝導体の周壁の互いに対向する一方および他方にＮ極およびＳ極が配置されたのと同様な磁場を形成するので、貫通穴においてはこの穴の直径方向に沿った磁場が形成される。この溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置されているので、この溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過するビームが偏向される。したがって、溶融バルク高温超伝導体を用いてもソレノイドコイルと同様に電子またはイオンビームを偏向させることができる。
【００１９】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、溶融バルク高温超伝導体はドーナツ状に形成され、この溶融バルク高温超伝導体の外周壁に周方向に沿ってＮ極およびＳ極が交互に複数配置されたのと同様な磁場を形成するので、貫通穴においてはこの穴の径方向に沿った磁場が形成される。この溶融バルク高温超伝導体が電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置されているので、この溶融バルク高温超伝導体の貫通穴を通過するビームが収束される。したがって、溶融バルク高温超伝導体を用いてもソレノイドコイルと同様に電子またはイオンビームを収束させることができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項２，４，６，８，１０に係る発明においては、本発明に用いる溶融バルク高温超伝導体としては、原料粉の成形体を超伝導相（例えばＳｍ１２３）の分解温度以上に加熱し徐冷することにより非超伝導相（例えばＳｍ２１１）が微細に分散した超伝導相の粗大な結晶成長させたもので、種結晶を使用しその結晶方位を制御して作製したものであることが好ましい。このような超伝導体は結晶粒界が少なく非超伝導相がピン止め点として作用し高い臨界電流密度をもつ。臨界電流密度は特に結晶のａｂ面において高くａｂ面内に環状電流を誘起することによりｃ軸と平行な方向に強い磁場を発生することができる。したがって、溶融バルク高温超伝導体をソレノイドコイルの代わりに用いるので、ソレノイドコイルと同等の磁場を極めて小型かつ軽量の装置により実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実験結果）
まず、本発明の溶融バルク高温超伝導体１２をプラズマＰの発生している放電管１１に嵌めてプラズマの状態を観測した結果について図１および図２を参照して説明する。実験装置は、図１に示すように、冷却容器（図示省略）内に満たした液体窒素中に収容された放電管１１とこの放電管１１に嵌められたドーナツ状の溶融バルク高温超伝導体１２から構成されている。
【００２２】
放電管１１は非磁性材料（例えば、ガラス材料）でＬ字状に形成されており、放電管１１内は窒素ガスまたはネオンガスで満たされている。放電管１１は長管１１ａとその一端に一体に接続された短管１１ｂから構成され、長管１１ａ内の他端には非磁性材料（例えばアルミニウム材）のホロー電極１３が設けられ、短管１１ｂ内にも非磁性材料（例えばアルミニウム材）のホロー電極１４が設けられている。両電極１３，１４は導電性の非磁性材料（例えばタングステン材）からなる支持棒１５，１６によりそれぞれ支持されている。各支持棒１５，１６は電源（図示省略）に接続されており、電極１３，１４間に電圧が印加されるとグロー放電が生じ、長管１１ａ内にプラズマＰが発生する。
【００２３】
溶融バルク高温超伝導体１２は、主としてＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素の一種または複数種）酸化物からなり、実質的に結晶方位のそろった超電導相中に非超電導相が微細に分散した組織を有している。本実施例の溶融バルク高温超伝導体１２は、Ｓｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系溶融高温超伝導体であり、臨界温度は９３Ｋである。この溶融バルク高温超伝導体１２はドーナツ状に形成されている（外径：３９．４ｍｍ、内径：１１．８ｍｍ、厚さ：１７．２ｍｍ）。またそのドーナツ状の中心軸はＳｍ１２３相結晶のｃ軸と平行である。この溶融バルク高温超伝導体１２は磁場中冷却されて着磁される。この着磁方法は以下のとおりである。Ｎ極とＳ極を対向させ２Ｔ（テスラ）の磁場を発生している直流電磁石の間に置いた容器内に溶融バルク高温超伝導体を載置した後、この容器内に液体窒素を徐々に入れて溶融バルク高温超伝導体を十分に冷却した後電磁石の発生磁場を徐々に０まで減少させて着磁する。このように着磁された溶融バルク高温超伝導体１２は、液体窒素温度にて冷却し続けるとこの溶融バルク高温超伝導体１２の貫通穴１２ａの一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴１２ａの他端に他方が配置されたのと同様な磁場を形成する。
【００２４】
この溶融バルク高温超伝導体１２を嵌めた放電管１１にプラズマＰを発生させてその状態を観測する。図１に示すように円柱状のプラズマＰが溶融バルク高温超伝導体１２の左端面付近にてくびれていることは目視でも確認することができる。より詳細には、画像転送用ファイバにより放電管１１の各所定位置における径方向から見たプラズマ発光分布を観測して観測結果を図２に示す。なお、画像転送用ファイバの先端にはレンズが取り付けてある。測定箇所は図１に矢印で示す位置である。具体的には溶融バルク高温超伝導体１２の右端面から左側に５ｍｍの箇所に設けた径方向に延在する貫通孔１２ｂ、溶融バルク高温超伝導体１２の右端面位置、およびこの右端面から右側に３ｍｍ毎の箇所に、画像転送用ファイバの先端を放電管１１の外周壁に近接させて位置決め固定し各位置から径方向の放電管１１内の状態を撮影する。なお、溶融バルク高温超伝導体１２の貫通孔１２ｂの位置を基準点としている。
【００２５】
図２には、左から右に順番に基準点におけるプラズマ発光分布を示す曲線Ｐ１、基準点から５ｍｍ離れた位置におけるプラズマ発光分布を示す曲線Ｐ２、基準点から８ｍｍ離れた位置におけるプラズマ発光分布を示す曲線Ｐ３、・・・、および基準点から２３ｍｍ離れた位置におけるプラズマ発光分布を示す曲線Ｐ８が示されている。この測定結果から明らかなように、基準点から１７ｍｍ以上離れた位置のプラズマ発光の強さおよびその発光分布の半値全幅（図２における縦破線の長さ）はほぼ一定であるが、溶融バルク高温超伝導体１２に近づくにつれてプラズマ発光は弱くなりその発光分布の半値全幅も減少した。このプラズマの振る舞いは磁気ミラー効果により説明することができる。すなわち、プラズマ中の電子またはイオンが磁場（磁力線）により拘束されることとなる。したがって、溶融バルク高温超伝導体１２はプラズマを収束したり閉じ込めたりすることができる磁場を発生させることを実験により確認し、これにより溶融バルク高温超伝導体１２をプラズマの収束または閉じ込めに応用できることを実験により確認した。
【００２６】
したがって、通常のソレノイドコイルでは電流密度が溶融バルク高温超伝導体の数十分の一から百分の一程度であるから、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば、従来のソレノイドコイルを使用した装置に対し体積、重量が数十分の一から百分の一で同等の磁場を発生することができる。また、ソレノイドコイルによれば磁場を発生させるために数百ワットから１ｋワット以上の電力が消費されるが、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば電力は消費されない。
【００２７】
（実施例）
以下に、本発明による溶融バルク高温超伝導体を備えた装置の実施例を図３を参照して説明する。図３には、プラズマ閉じ込め装置を応用した電子・イオンビーム発生装置２０の概略構成が示されている。この電子・イオンビーム発生装置２０は、円筒容器２１（例えば放電管）と、この円筒容器２１に嵌められた一対のドーナツ状の溶融バルク高温超伝導体２２，２３から構成されている。円筒容器２１の内部には一対の放電電極２４，２５が配置されており、両電極２４，２５は電源２６に接続されている。放電電極２４はマイナス電極であり、放電電極２５はプラス電極である。プラス電極２５の中央部には貫通孔２５ａが設けられている。電源２６は直流電源、交流電源のいずれでもよい。両電極２４，２５に電圧を印加して放電させると（直流放電、交流放電、パルス放電のいずれでもよい）、放電管２１内に充填された気体（例えば窒素ガス、ネオンガス）により両電極２４，２５間にプラズマが発生する。発生したプラズマは一対の溶融バルク高温超伝導体２２，２３によるミラー磁場（図３中の磁力線によって示される）によって両溶融バルク高温超伝導体２２，２３の間に閉じ込められて、これにより電子またはイオンビーム源を形成できる。すなわち、上記の構成によりプラズマ閉じ込め装置が形成されている。
【００２８】
プラス電極２５の外側には貫通孔２５ａに対向する貫通孔２７ａを設けた引き出し電極２７が並設されている。この引き出し電極２７は電源２８に接続されており、所定の正電圧が印加されると閉じ込められたプラズマのうち電子が引き出され加速されて射出される。これにより、電子ビームが射出される。なお、マイナス電極２４に孔を設け、このマイナス電極２４の外側に前述した引き出し電極２７と同様な引き出し電極を並設して、所定の負電圧が印加されると閉じ込められたプラズマのうち正イオンが引き出され加速されて射出されるようにしてもよい。これにより、イオンビームが射出される。なお、引き出し電極２７はメッシュ状のものでもよい。
【００２９】
したがって、この実施例によれば、通常のソレノイドコイルでは電流密度が溶融バルク高温超伝導体の数十分の一から百分の一程度であるから、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば、従来のソレノイドコイルを使用した装置に対し体積、重量が数十分の一から百分の一で同等の磁場を発生することができる。したがって、ソレノイドコイルを備えた装置と比して小型の装置によりプラズマを閉じ込めたり、電子またはイオンビームを発生させたりすることができる。また、ソレノイドコイルによれば磁場を発生させるために数百ワットから１ｋワット以上の電力が消費されるが、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば電力は消費されない。
【００３０】
また、本実施例の電子・イオンビーム発生装置においては、ミラー磁場のくびれ近傍Ｐａにて軸にほぼ平行な速度成分を持つ電子（またはイオン）は、磁気ミラーによって反射されることなくプラス電極２５の貫通孔２５ａを通過する。すなわち、ミラー磁場のくびれ部分への入射角が損失円錐（Ｌｏｓｓ　Ｃｏｎｅ）と呼ばれる小さい頂角度内の電子（またはイオン）はミラー磁場で反射されず通り抜ける。本実施例の磁場強度はソレノイドコイルの磁場より強いので、損失円錐の頂角度が小さくなり、したがって、通り抜ける電子（またはイオン）はほぼ平行となり、ビームの発散角を小さく抑えることができる。
【００３１】
次に、溶融バルク高温超伝導体を周期磁界収束に応用した実施例を図４を参照して説明する。この場合、ドーナツ状に形成されて貫通穴３１ａの一端にＮ極およびＳ極のいずれか一方が配置され同貫通穴３１ａの他端に他方が配置されたのと同様な磁場（図中矢印にて示す）を形成する溶融バルク高温超伝導体３１は、電子またはイオンビームの進路上に同軸に同一磁極を向かい合わせて複数個並べて配置されている。これにより、これら溶融バルク高温超伝導体３１の貫通穴３１ａを通過する電子またはイオンビームを収束することができる。
【００３２】
したがって、この実施例によれば、通常のソレノイドコイルでは電流密度が溶融バルク高温超伝導体の数十分の一から百分の一程度であるから、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば、従来のソレノイドコイルを使用した装置に対し体積、重量が数十分の一から百分の一で同等の磁場を発生することができる。したがって、ソレノイドコイルを備えた装置と比して小型の装置により電子またはイオンビームを収束させることができる。また、ソレノイドコイルによれば磁場を発生させるために数百ワットから１ｋワット以上の電力が消費されるが、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば電力は消費されない。
【００３３】
さらに、溶融バルク高温超伝導体を偏向器に応用した実施例を図５を参照して説明する。この場合、溶融バルク高温超伝導体４１はドーナツ状に形成され、そのｃ軸が図５（ｃ）に示すようにドーナツの軸に対し垂直方向になっている。このような溶融バルク高温超伝導体は１部材からなる一体ものでもよく、図５（ｄ）に示すように複数の部材を組み合わせた集合体でもよい。溶融バルク高温超伝導体４１はその外周壁の互いに対向する一方および他方にＮ極およびＳ極が配置されたのと同様な磁場（図中矢印にて示す）を貫通穴４１ａ内での向きが溶融バルク高温超伝導体４１のｃ軸とほぼ平行に形成するように着磁されている。この溶融バルク高温超伝導体４１は電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置され、これによりこの溶融バルク高温超伝導体４１の貫通穴４１ａを通過するビームを偏向させることができる。例えば、図５（ｂ）に示すように、上方から入射した電子は実線で示すように進行方向および磁場方向にともに垂直な右方向に偏向し、上方から入射したイオンは破線で示すように進行方向および磁場方向にともに垂直な左方向に偏向する。また、この溶融バルク高温超伝導体４１によれば、電子およびイオンの両方を含むビームから電子およびイオンを分離することができる。
【００３４】
したがって、この実施例によれば、通常のソレノイドコイルでは電流密度が溶融バルク高温超伝導体の数十分の一から百分の一程度であるから、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば、従来のソレノイドコイルを使用した装置に対し体積、重量が数十分の一から百分の一で同等の磁場を発生することができる。したがって、ソレノイドコイルを備えた装置と比して小型の装置により電子またはイオンビームを偏向または分離させることができる。また、ソレノイドコイルによれば磁場を発生させるために数百ワットから１ｋワット以上の電力が消費されるが、上述した溶融バルク高温超伝導体１２によれば電力は消費されない。
【００３５】
さらに、溶融バルク高温超伝導体をレンズに応用した実施例を図６を参照して説明する。溶融バルク高温超伝導体５１は、図６（ｃ）に示すように、ｃ軸の方向の異なる４つの部分からなり、全体としてドーナツ形状をなす。このような溶融バルク高温超伝導体５１は溶融法による作製時に１つの成形体に複数の種結晶を設置して一体ものとして作製することもできるし、別々に作製した部分を組み合わせて集合体としてもよい。溶融バルク高温超伝導体５１は図５（ａ）に示すように各部のｃ軸が磁場とほぼ平行となるように、かつＮ極およびＳ極が交互に複数（Ｎ，Ｓそれぞれ２個）配置されたのと同様な磁場（図中矢印にて示す）を形成するように着磁されている。この溶融バルク高温超伝導体５１は電子またはイオンビームの進路上に同軸に配置されて、この溶融バルク高温超伝導体５１の貫通穴５１ａを通過するビームを収束させることができる。
【００３６】
従来のこの種の装置では鉄心にコイルを巻いたもので（文献：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　Ｐ．９７（Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　ａｎｄ　Ｓｏｎｓ　１９８６））外径３０〜４０ｃｍ、長さ１５〜４０ｃｍの円筒状であり、かつ重量が数１０〜１００ｋｇであり、磁場発生のため少なくとも数１００ワットの電力を消費する。本実施例によればこの種の装置が数十分の一の大きさで定常的な電力消費なしに実現することができる。
【００３７】
なお、本発明による溶融バルク高温超伝導体は上記実施例に限られず、ソレノイドコイルを備えた他の装置にも適用される。例えば、プラズマから電子またはイオンを引き出すタイプのものでデュオプラズマトロン、ＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型イオン銃などがある。
【００３８】
また、本発明による溶融バルク高温超伝導体はプラズマトーチ発生装置に適用することも可能である。この場合、上述した電子・イオンビーム発生装置のビーム出口付近にアルゴンガスを噴出させてビームと衝突させてプラズマ化し、プラズマトーチを形成させる。また、アルゴンガスを噴出させる代わりに放電管内にアルゴンガスを供給して放電し、放電電極から流出する中性ガスを電子ビームによりプラズマ化し、プラズマトーチを形成させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶融バルク高温超伝導体を放電管に嵌めて放電管内のプラズマの状態を観測するための実験装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す実験装置による実験結果を示す図である。
【図３】本発明による溶融バルク高温超伝導体を備えた電子・イオンビーム発生装置を示す断面図である。
【図４】本発明による溶融バルク高温超伝導体を備えた周期磁界収束装置を示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明による溶融バルク高温超伝導体を偏向器に使用した場合の磁場を示す径方向断面図であり、（ｂ）は軸方向断面図であり、（ｃ）は一体ものの溶融バルク高温超伝導体のｃ軸を示す図であり、（ｄ）は集合体からなる溶融バルク高温超伝導体のｃ軸を示す図である。
【図６】（ａ）は本発明による溶融バルク高温超伝導体を収束装置に使用した場合の磁場を示す径方向断面図であり、（ｂ）は軸方向断面図であり、（ｃ）は集合体からなる溶融バルク高温超伝導体のｃ軸を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１…放電管、１２，２２，２３，３１，４１，５１…溶融バルク高温超伝導体、１３，１４，２４，２５…電極、Ｐ…プラズマ。
【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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