(57)【要約】【課題】  構成の複雑化、コストの上昇を来すことなく、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことが可能な核融合装置を提供すること。【解決手段】  中心に設置された陰極と、該陰極の外周側に設置された陽極と、を備えてなる核融合装置において、上記陽極にイオンを放出するためのイオン集中・加速部を上記陰極方向に指向させて設けたものであり、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に設置された陰極と、該陰極の外周側に設置された陽極と、を備えてなる核融合装置において、
上記陽極にイオンを集中・加速するためのイオン集中・加速部を上記陰極方向に指向させた状態で設けたことを特徴とする核融合装置。
【請求項２】
請求項１記載の核融合装置において、
複数のイオン集中・加速部を上記陰極を挟んで対向・配置させたことを特徴とする核融合装置。
【請求項３】
請求項２記載の核融合装置において、
上記陰極を挟んで対向・配置された二つ一組のイオン集中・加速部を３組合計６個設けたことを特徴とする核融合装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の核融合装置において、
上記イオン集中・加速部は突起であることを特徴とする核融合装置。
【請求項５】
請求項４記載の核融合装置において、
上記突起は先端が尖っていることを特徴とする核融合装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の核融合装置において、
上記イオン集中・加速部はイオン銃であることを特徴とする核融合装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れかに記載の核融合装置において、
複数の上記イオン集中・加速部が上記陰極の中心に対して等距離に設置されていることを特徴とする核融合装置。
【請求項８】
請求項７記載の核融合装置において、
上記複数のイオン集中・加速部はその外周側に設置された陽極要素に設置されていることを特徴とする核融合装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れかに記載の核融合装置において、
上記陰極は上記イオン集中・加速部の形状に対応する円形又は非円形の陰極要素を各イオン集中・加速部に向けて対向・配置された構成をなしていることを特徴とする核融合装置。
【請求項１０】
請求項９記載の核融合装置において、
上記陰極要素は上記イオン集中・加速部を介して集中・加速されるイオンのビーム中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしていることを特徴とする核融合装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０記載の核融合装置において、
上記陰極要素は円形リング形状をなしていることを特徴とする核融合装置。
【請求項１２】
請求項９又は請求項１０記載の核融合装置において、
上記陰極要素はその縦断面が中空山型形状をなしていることを特徴とする核融合措置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、中性子や荷電粒子等の放射線の発生装置として使用される核融合装置に係り、特に、陽極（プラス電極）と陰極（マイナス電極）の構成を改良することにより、構成の複雑化、コストの上昇を来すことなく、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の核融合装置、例えば、ＩＥＣＦ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｆｕｓｉｏｎ）型の核融合装置の構成を開示するものとして、例えば、特許文献１乃至特許文献５、等がある。これら特許文献１乃至特許文献５、等に開示されている核融合装置は、概略、次のような構成になっている。
【０００３】
まず、真空容器があり、この真空容器の内側には、例えば、中空球形状の陽極が配置されている。又、上記真空容器の中心位置には陰極が設置されている。又、上記真空容器の外側から上記陰極に向かって電源に接続された電流導入端子が設置されている。上記真空容器内は真空状態に保持されている。
【０００４】
そして、上記真空容器内を絶対値で０．１〜１．０Ｐａ程度の圧力で重水素ガス等を充填する。そして、上記電源導入端子を介して上記陰極の電位を、例えば、「−１００００Ｖ以上」に設定する。一方、上記真空容器及び陽極側の電位は、例えば、「０Ｖ」に保持されており、その結果、上記陰極が配置されている真空容器の中心部に向かってポテンシャルの井戸が形成される。一方、上記陽極の近傍では水素ガスのグロー放電によってイオンが生成される。その生成されたイオンは上記陰極に向かって加速され、そこで、陰極内に溜っている他のイオンと衝突して核融合反応が起きる。この核融合反応によって、中性子や荷電粒子等の放射線が放出される。
この種の核融合装置は、水素ガス同位体系のガスを使用して比較的簡単に、且つ、低価格で核融合反応を起こすことができる。
【０００５】
又、このような核融合装置の構成を開示するものとして、上記特許文献１乃至特許文献５、等以外にも、非特許文献１、等もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６２３８７号公報
【特許文献２】特開２００２−６２３８８号公報
【特許文献３】特開２００１−７４６７５号公報
【特許文献４】特開２００４−１３２７１８号公報
【特許文献５】特開２００１−１３３５７０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「慣性静電閉じ込め核融合研究の現状」（Ｊ．Ｐｌａｓｍａ  Ｆｕｓｉｏｎ  Ｒｅｓ．Ｖｏ．１８３，Ｎｏ．１０（２００７）７９５−８１１）吉川  潔  外１３名  共著
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、陰極に向かって加速されるイオンが陰極内に溜っているイオンに衝突して核融合反応が起きることになるが、従来の核融合装置では、そのような核融合反応が効率良く起きているとはいえず、その結果、発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量が少ないという問題があった。その為、例えば、ＢＮＣＴ（Ｂｏｒｎ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ（中性子捕捉療））癌治療法にもそのままでは使用できない状況にあった。
これに対しては、陽極を単一若しくは多重グリッド化する、印加される電圧をスイッチングする、マグネトロン等を併用する、といった手段が考えられるが、何れも、構成を複雑化させると共にコストを上昇させてしまうことになる。
【０００９】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、構成の複雑化、コストの上昇を来すことなく、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことが可能な核融合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による核融合装置は、中心に設置された陰極と、該陰極の外周側に設置された陽極と、を備えてなる核融合装置において、上記陽極にイオンを集中・加速するためのイオン集中・加速部を上記陰極方向に指向させた状態で設けたことを特徴とするものである。
又、請求項２による核融合装置は、請求項１記載の核融合装置において、複数のイオン集中・加速部を上記陰極を挟んで対向・配置させたことを特徴とするものである。
又、請求項３による核融合装置は、請求項２記載の核融合装置において、上記陰極を挟んで対向・配置された二つ一組のイオン集中・加速部を３組合計６個設けたことを特徴とするものである。
又、請求項４による核融合装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の核融合装置において、上記イオン集中・加速部は突起であることを特徴とするものである。
又、請求項５による核融合装置は、請求項４記載の核融合装置において、上記突起は先端が尖っていることを特徴とするものである。
又、請求項６による核融合装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の核融合装置において、上記イオン集中・加速部はイオン銃であることを特徴とするものである。
又、請求項７による核融合装置は、請求項１〜請求項６の何れかに記載の核融合装置において、複数の上記イオン集中・加速部が上記陰極の中心に対して等距離に設置されていることを特徴とするものである。
又、請求項８による核融合装置は、請求項７記載の核融合装置において、
上記複数のイオン集中・加速部はその外周側に設置された陽極要素に設置されていることを特徴とするものである。
又、請求項９による核融合装置は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の核融合装置において、上記陰極は上記イオン集中・加速部の形状に対応する円形又は非円形の陰極要素を各イオン集中・加速部に向けて対向・配置された構成をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項１０による核融合装置は、請求項９記載の核融合装置において、上記陰極要素は上記イオン集中・加速部を介して集中・加速されるイオンのビーム中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項１１による核融合装置は、請求項９又は請求項１０記載の核融合装置において、上記陰極要素は円形リング形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項１２による核融合装置は、請求項９又は請求項１０記載の核融合装置において、上記陰極要素はその縦断面が中空山型形状をなしていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように本願発明の請求項１による核融合装置によると、中心に設置された陰極と、該陰極の外周側に設置された陽極と、を備えてなる核融合装置において、上記陽極にイオンを集中・加速するためのイオン集中・加速部を上記陰極方向に指向させた状態で設けたので、高圧電場を歪ませて局所化させることにより、イオンを集中させて加速することができ、それによって、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。
尚、イオンの発生総量は電流に比例して決定されるが、イオン集中・加速部を設けた部分で集中発生するようになる。
又、請求項２による核融合装置によると、請求項１記載の核融合装置において、複数のイオン集中・加速部を上記陰極を挟んで対向・配置させたので、イオン集中・加速部から陰極に向けて加速されたイオンは、陰極内に溜っているイオンと衝突するだけでなく、対向・配置されたイオン集中・加速部から集中・加速されたイオンとも衝突することになり、それによって、さらに核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。
又、請求項３による核融合装置によると、請求項２記載の核融合装置において、上記陰極を挟んで対向・配置された二つ一組のイオン集中・加速部を３組合計６個設けたため、発生したイオンの集中・加速が効果的なものとなる。
又、請求項４による核融合装置によると、請求項１〜請求項３の何れかに記載の核融合装置において、上記イオン集中・加速部は突起であるので、発生したイオンの集中・加速が効果的なものとなる。
又、請求項５による核融合装置によると、請求項４記載の核融合装置において、上記突起は先端が尖っているので、発生したイオンの集中・加速がより効果的なものとなる。
又、請求項６による核融合装置によると、請求項１〜請求項３の何れかに記載の核融合装置において、上記イオン集中・加速部はイオン銃であるので、発生したイオンの集中・加速が効果的なものとなる。
又、請求項７による核融合装置によると、請求項１〜請求項６の何れかに記載の核融合装置において、複数の上記イオン集中・加速部が上記陰極の中心に対して等距離に設置されているので、集中・加速されたイオンの衝突を効果的に行わせることができる。
又、請求項８による核融合装置は、請求項７記載の核融合装置において、
上記複数のイオン集中・加速部はその外周側に設置された陽極要素に設置されているので、上記陽極要素からの不要なイオンの発生が少なくなり、核融合反応を効果的に行うことができる。
又、請求項９による核融合装置によると、請求項１〜請求項８記載の何れかに記載の核融合装置において、上記陰極は上記イオン集中・加速部の形状に対応する円形または非円形の陰極要素を各イオン集中・加速部に向けて対向・配置させた構成をなしているので、陽極により加速されるイオンを極力ビーム化させることができ、それによって、さらに核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。
又、請求項１０による核融合装置によると、請求項９記載の核融合装置において、上記陰極要素は上記イオン集中・加速部を介して集中・加速されるイオンのビーム中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしているので、陽極側から集中・加速されたイオンが効率良く陰極側の中央部に集まることになり、上記効果がより高いものとなる。
又、請求項１１による核融合装置によると、請求項９又は請求項１０記載の核融合装置において、上記陰極要素は円形リング形状をなしているので、陽極側から集中・加速されたイオンが効率良く陰極側の中央部に集まることになり、上記効果がより高いものとなる。
又、請求項１２による核融合装置によると、請求項９又は請求項１０記載の核融合装置において、上記陰極要素はその縦断面が中空山型形状をなしているので、陽極側から集中・加速されたイオンが効率良く陰極側の中央部に集まることになり、上記効果がより高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、核融合装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、核融合装置の全体構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図３（ａ）は図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部の拡大図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す図で、イオンの集中・加速を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態を示す図で、イオンの衝突を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態を示す図で、イオンの衝突と陰極の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図で、イオンの衝突と陰極の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示す図で、イオン銃の構成を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図１０（ａ）は陰極の構成を示す斜視図、図１０（ｂ）は陰極の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図１１（ａ）は図１０（ｂ）のＸＩａ−ＸＩａ断面図、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）のＸＩｂ−ＸＩｂ断面図、図１１（ｃ）は中空山型陰極要素の縦断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図１２（ａ）は陰極の構成を示す斜視図、図１２（ｂ）は陰極の構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図１３（ａ）は図１２（ｂ）のＸＩＩＩａ−ＸＩＩＩａ断面図、図１３（ｂ）は図１２（ｂ）のＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ断面図、図１３（ｃ）は中空山型陰極要素の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１乃至図７を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による核融合装置１の全体の構成を示す斜視図、図２は同上の平面図、図３（ａ）は図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部の拡大図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【００１４】
本実施の形態による核融合装置１はＩＥＣＦ方式による核融合装置である。まず、真空容器３があり、この真空容器３は有底の中空円筒形状をなしていて、上端開口部３ａはパッキン５を介して蓋体７によって閉塞されている。すなわち、上記蓋体７は複数本の固定ボルト８によって上記真空容器３のフランジ部３ｂに締結・固定されている。又、上記蓋体７には蓋部冷却水空間９が形成されている。又、上記蓋体７には蓋部冷却水流入ノズル１１と蓋部冷却水流出ノズル１３が取り付けられていて、これら蓋部冷却水流入ノズル１１と蓋部冷却水流出ノズル１３には、図示しない冷却水供給配管と冷却水排出配管がそれぞれ接続される。そして、冷却水供給配管より供給された冷却水は上記蓋部冷却水流入ノズル１１を介して上記蓋部冷却水空間９内に供給され、蓋部冷却水空間９を流通した冷却水は上記蓋部冷却水流出ノズル１３及び冷却水排出配管を介して流出する。
上記真空容器３は、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくい材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されている。
【００１５】
又、上記真空容器３には、図２、図４に示すように、フランジ１５に内部反応確認用ビューポート１８が設置されていて、この内部反応確認用ビューポート１８に、図示しない動画カメラ等が取り付けられる。そして、それら動画カメラ等によって真空容器３内の状態を撮像・記録する。
【００１６】
又、上記真空容器３には、図３、図４に示すように、フランジ付水素ガス供給口１７とフランジ付排気口１９が設置されていて、上記フランジ付水素ガス供給口１７には、図示しない水素ガス供給配管がフランジ（図示せず）を介して接続される。又、上記フランジ付排気口１９には図示しない真空ポンプの吸込管とリークポート(解放弁)等がフランジ（図示せず）を介して接続され、まずは、真空容器３内の真空形成が行われる。真空容器３内に所定の真空状態が形成された後、上記フランジ付水素ガス供給口１７を介して真空容器３内に水素ガスが供給されることになる。
【００１７】
上記真空容器３内には陽極２１が設置されている。この陽極２１は、２個のリング状陽極要素２３、２５を相互に直交する方向に組んで構成されている。この内、一方のリング状陽極要素２３の内周側には９０°の位置に、イオン集中・加速部としての、４個の突起２７が突設されている。又、他方のリング状陽極要素２５の内周側には１８０°の位置に、イオン集中・加速部としての、２個の突起２９が突設されている。上記４個の突起２７は２個ずつが１８０°の位置に対向・配置されており、上記２個の突起２９も１８０°の位置に対向・配置されている。上記突起２９は、図３（ｂ）に拡大して示すように、円錐形状をなしていて、軸部３０を介して上記リング状陽極要素２５に固着されている。上記突起２７も同様の構成により上記リング状陽極要素２３に固着されている。これら各突起２７、２９の先端は尖っているとともに中心位置に向かって指向されている。また、上記突起２７、２９は、後述する陰極３１の中心に対して等距離に設置されている。
上記リング状陽極要素２３、２５、及び、突起２７、２９は、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくい材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されている。
【００１８】
一方、真空容器３の中心位置には、既に述べた陰極３１が設置されている。この陰極３１は、図７にも示すように、複数個（この実施の形態の場合には、突起２７、２９の個数６個に対応して６個）のリング状陰極要素３３が、正六面体の各面に対応するような配置で設置・固定された構成になっている。そして、各リング状陰極要素３３はそのリング内円形面を上記突起２７、２９の軸心に対して直交する向きに指向されていて、その中心は上記突起２７、２９のそれぞれの先端に対向するように配置されている。又、リング状陰極要素３３をリング状としたのは、上記突起２７、２９の先端のイオン発生点に対して等距離を保つためであり、それによって、中心軸に対して均等なイオンビームを発生させるためである。又、上記各リング状陰極要素３３は、上記突起２７、２９の先端を介して集中・加速されるイオンビームの中心軸に対して均等な距離を保つように構成されている。それによって、上記突起２７、２９を介して集中・加速されたイオンを陰極３１の中心部に集中させるようにしている。
上記リング状陰極要素３３は、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくい材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されている。
尚、上記リング状陰極要素３３相互間には７個（８個形成される隙間の内１個は後述する接続部材４２によって閉塞される。）の隙間３４が形成されていて、これら７個の隙間３４が核融合反応しなかった物質を排気する排気口として機能する。
【００１９】
又、上記蓋体７の中心位置には、図示しない電源に接続された電流導入端子４１が設置されていて、その先端は上記陰極３１付近まで延長されている。上記陰極３１側には接続部４２が設けられていて、この接続部４２が上記電流投入端子４１に接続されている。上記蓋体７の中心部には貫通孔７ａが形成されているとともに凹部７ｂが形成されている。上記凹部７ｂには環状部材４３が内装され、その環状部材４３の上にはパッキン４５、円板４７、固定部材４９が設置されていて、複数本の固定ボルト５１によって固定されている。
【００２０】
以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、電源導入端子４１及び接続部４２を介して、陰極３１の電位が、例えば、「−１００００Ｖ以上」に設定される。一方、上記真空容器３及び陽極２１側の電位は、例えば、「０Ｖ」に保持される。その結果、上記陰極３１が配置されている真空容器３の中心部に向かってポテンシャルの井戸が形成される。そして、上記陽極２１の上記リング状陽極要素２３、２５の各突起２７、２９の先端鋭角部で水素ガスのグロー放電によってイオンが集中生成される。生成されたイオンは上記陰極３１に向かって加速され、そこで、他のイオンと衝突して核融合反応が起きる。この核融合反応によって、中性子や荷電粒子等の放射線が放出される。
又、核融合反応しなかった物質は隙間３４を介して排気される。
【００２１】
上記作用を詳しく説明すると、図５に示すように、陽極２１のリング状陽極要素２３、２５に設けられた各突起２７、２９の先端から陰極３１の各リング状陰極要素３３に向かってイオンがビーム状に集中・加速される。陰極３１の各リング状陰極要素３３に向かってビーム状に集中・加速されたイオンは陰極３１内に溜っているイオンと衝突して核融合反応が起きる。それと同時に、図６に示すように、各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンは、１８０°の方向に対向・配置された別の各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンとも衝突し、それによっても、核融合反応が起きる。これら二種類の核融合反応によって、中性子や荷電粒子等の放射線が発生する。
尚、図７は、６個の突起２７、２９から対応するリング状陰極要素３３に向かってイオンが集中・加速される様子を示している。
【００２２】
以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができる。これは、まず、陽極２１側に、６個の突起２７、２９を設けて、高圧電場を歪ませて局所化させることにより、イオンを集中させて加速することができるからである。
特に、突起２７、２９の先端は尖っているので、上記イオンの集中・加速が効果的に行われるものである。
又、突起２７、２９を１８０°の位置に対向・配置させているので、各突起２７、２９によって集中・加速されるイオンが陰極３１に溜っているイオンと衝突して核融合反応を起こすだけでなく、対向する側から集中・加速されたイオン同士を衝突させることによっても、核融合反応を起こすようにしているからである。
又、上記突起２７、２９はリング状陽極要素２３、２５の内周側に配置されているので、上記リング状陽極要素２３、２５からの不要なイオンの発生が少なくなり、核融合反応を効果的に行うことができる。
又、上記突起２７、２９は、上記陰極３１の中心に対して等距離に設置されているので、集中・加速されたイオンの衝突を効果的に行わせることができる。
又、上記陰極３１のリング状陰極要素３３は、上記集中・加速されるイオンビームの中心軸に対して均等な距離を保つような形状をなしているので、陽極２１により集中・加速されるイオンを極力ビーム化させることができ、それによって、ビーム化された大量のイオンを陰極３１方向に効率良く供給することができ、イオンが効率良く陰極３１側の中央部に集まることになるからである。
【００２３】
次に、図８及び図９を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態による核融合装置は、前記第１の実施の形態による核融合装置１と略同様の構成であるが、図８に示すように、イオン集中・加速部として、突起２７、２９の代わりにイオン銃１０１が設置されている点でその構成が異なっている。すなわち、リング状陽極要素２３に４個のイオン銃１０１が設置され、リング状陽極要素２５に２個のイオン銃１０１が設置された構成になっている。
【００２４】
上記イオン銃１０１は概略図９に示すような構成になっている。まず、略円筒形のケース１０３があり、この円筒形ケース１０３内には陽極１０５と陰極１０７が設置されている。上記陰極１０７には貫通孔１０９が形成されている。
又、電源１１１が設置されており、この電源１１１の＋極側端子１１３に上記陽極１０５が接続されていると共に、上記電源１１１の−極側端子１１５に上記陰極１０７が接続されている。これにより、上記陽極１０５と上記陰極１０７との間に高電圧が印加される。
【００２５】
又、上記ケース１０３内には、ガス供給手段１１７によって、ガス１１９が供給される構成になっている。上記ケース１０３内に供給されたガス１１９は、上記陽極１０５と上記陰極１０７との間の高電圧によりイオン化されて（＋）に荷電されたイオン１２１となり、上記陰極１０７の貫通孔１０９を通過して、イオンビームとして、上記ケース１０３の外に放出される。
尚、上記ガス供給手段１１７によってガス１１９を供給せず、予め真空容器３内に封入されたガス１１９を用いる場合もある。
又、上記ガス１１９としては、水素ガス、デューテリウム（重水素）ガス、トリチウム（三重水素）ガス、ヘリウム同位体ガス、等、が用いられる。
【００２６】
以上、この第２の実施の形態によると、前記第１の実施の形態による核融合装置と同様の作用・効果を奏することができる。
【００２７】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態による核融合装置は、前記第１の実施の形態による核融合装置１と略同様の構成であるが、陰極３１の代わりに、図１０、図１１に示すような陰極２０１を採用している点でその構成が異なっている。以下、この陰極２０１の構成を説明する。
【００２８】
上記陰極２０１は、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくい材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されていて、複数個（この実施の形態の場合には、突起２７、２９の個数６個に対応して６個）の中空山型陰極要素２０３が、正六面体の各面に対応するような配置で設置・固定された構成になっている。又、対向・配置された一対の中空山型陰極要素２０３、２０３の中心軸は同軸上に配置されている。
【００２９】
上記中空山型陰極要素２０３は中空であってその縦断面が略中空山型形状をなしている。すなわち、上記中空山型陰極要素２０３の内周側には貫通孔２０５が形成されていて、この貫通孔２０５の上下に外側開口部２０７、内側開口部２０９が形成されている。上記外側開口部２０７は上記内側開口部２０９より小径に形成されている。上記外側開口部２０７の内径は、前記第１、第２の実施の形態におけるリング状陰極要素３３（図７に示す。）の内径の１／２に設定されている。上記内側開口部２０９の内径は前記第１、第２の実施の形態におけるリング状陰極要素３３（図７に示す。）の内径と同じである。
又、上記貫通孔２０５の内周面は、所定の曲率の曲面に形成されている。
【００３０】
又、上記中空山型陰極要素２０３の図１１（ｃ）中下側の外周縁には全周にわたって面取り加工が施されていて面取り部２１１が形成されている。上記６個の中空山型陰極要素２０３は、この面取り部２１１の一部を介して、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接によって相互に接合されている。その際、図１１（ａ）に示すように、隣接する上記中空山型陰極要素２０３、２０３の、上記貫通孔２０５、２０５の内周面が滑らかに連続するように接合されている。
【００３１】
又、上記陰極２０１には、接続部２１３が設けられている。上記陰極２０１は、この接続部２１３を介して、電流導入端子（図３、図４に符号４１で示す）に固定されている。また、各中空山型陰極要素２０３相互間には複数個所（この実施の形態の場合には７箇所、８箇所に隙間が形成されるが１箇所は上記接続部２１３によって閉塞されている。）に隙間２１５が形成されている。又、上記接続部２１３と上記中空山型陰極要素２０３の接合も、ＴＩＧ溶接によってなされている。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００３２】
上記構成によると、各突起２７、２９を介して集中・加速されたイオンが、中空山型陰極要素２０３の外側開口部２０７を介してさらにビーム状に集中・加速される。
【００３３】
又、上記中空山型陰極要素２０３の貫通孔２０５の内周面は所定の曲率の曲面に形成されていて、且つ、隣接する上記中空山型陰極要素２０３、２０３の貫通孔２０５、２０５の内周面が滑らかに連続するように接合されているので、不要な電子の放出が少なくなり、上記陰極２０１の内側に、略正球の形状のポテンシャルの井戸が発生する。
尚、隣接する上記中空山型陰極要素２０３、２０３の貫通孔２０５、２０５の内周面が滑らかに連続するように接合されておらず、上記中空山型陰極要素２０３の内側開口部２０９側の縁部が上記陰極２０１の内側に突出した状態になると、この縁部からの電子の放出が大きくなり、この電子に上記イオンが吸引されてしまい、上記核融合反応が阻害されてしまうことになる。
【００３４】
そして、上記陰極２０１の内側に集中されたイオンと、各突起２７、２９を介して集中・加速され中空山型陰極要素２０３の外側開口部２０７を介して陰極２０１の内側に飛び込んできたイオンが衝突し、核融合反応が発生する。又、各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンは、１８０°の方向に対向・配置された別の各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンとも衝突し、それによっても、核融合反応が起きる。
【００３５】
又、上記核融合反応しなかった物質は隙間２１５を介して上記陰極２０１の外部へと排出される。
【００３６】
以上、この第３の実施の形態によると、前記第１の実施の形態による中性子照射装置と同様の効果を奏することができる。
又、イオンビームが入射される側の上記開口部２０７が、前記第１、第２の実施の形態におけるリング状陰極要素３３（図７に示す。）の内径の１／２と小さく設定されているので、上記イオンビームがさらに絞られて集中・加速が促進され、核融合反応率を高めることができる。
又、陰極２０１の中心に対して全て均等に構成されていて、且つ、中空山型陽極要素２０３の貫通孔２０５の内周面は、所定の曲率の曲面に形成されているので、上記陰極２０１内に生ずるポテンシャルの井戸が、略正球の形状となり、これにより上記陰極２０１内に効果的にイオンを集め、核融合反応の効率を高めることができる。
又、隣接する上記中空山型陰極要素２０３、２０３の貫通孔２０５、２０５の内周面が滑らかに連続するように接合されているので、不要な電子の放出が少なくなり、これによりイオンの吸引を防止して、核融合反応の効率を高めることができる。
又、各中空山型陰極要素２０３相互間には複数個（この実施の形態の場合には８個、但し、内１個は上記接続部２１３によって閉塞されている。）の隙間２１５が形成されており、これら隙間２１５から、核融合反応しなかった物質が上記陰極２０１の外部へと排出され、それによっても、核融合反応率を高めることができる。
【００３７】
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態による核融合装置は、前記第３の実施の形態による核融合装置と略同様の構成であるが、陰極２０１の代わりに、図１２、図１３に示すような陰極３０１を採用している点でその構成が異なっている。以下、この陰極３０１の構成を説明する。
【００３８】
上記陰極３０１は、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくい材料、例えば、ＳＵＳ３０４から製造されていて、複数個（この実施の形態の場合には、突起２７、２９の個数６個に対応して６個）の中空山型陰極要素３０３が、正六面体の各面に対応するような配置で設置・固定された構成になっている。又、対向・配置された一対の中空山型陰極要素３０３、３０３の中心軸は同軸上に配置されている。
【００３９】
上記中空山型陰極要素３０３は中空であってその縦断面が略中空山型形状をなしている。すなわち、上記中空山型陰極要素３０３の内周側には貫通孔３０５が形成されていて、この貫通孔３０５の上下に外側開口部３０７、内側開口部３０９が形成されている。上記外側開口部３０７付近の内外面は略双曲面形状になっていて、外側開口部３０７の内径は上記内側開口部３０９の内径より小径に形成されている。又、上記外側開口部３０７の内径は、前記第３の実施の形態における中空山型陰極要素２０３（図１０、図１１に示す。）の外側開口部２０７の内径よりもさらに小さく設定されている。上記内側開口部３０９の内径は前記第３の実施の形態における中空山型陰極要素２０３（図１０、図１１に示す。）の内側開口部２０９の内径と同じである。
【００４０】
又、上記中空山型陰極要素３０３の貫通孔３０５の外側開口部３０７から内側開口部３０９にかけて曲率中心の位置と凹凸の向きが逆転されている。すなわち、外側開口部３０７付近は内側に凸の曲面となっているのに対して、内側開口部３０９付近は外側に凸の曲面となっている。そして、６個の中空山型陰極要素３０３を組み合わせることにより、それぞれの内側開口部３０９付近の外側に凸の曲面によって略正球の球面を構成するようになっている。
【００４１】
又、上記中空山型陰極要素３０３の図１３（ｃ）中下側の外周縁には全周にわたって面取り加工が施されていて面取り部３１１が形成されている。上記６個の中空山型陰極要素３０３は、この面取り部３１１の一部を介して、ＴＩＧ溶接によって相互に接合されている。
【００４２】
また、上記陰極３０１には、接続部３１３が設けられている。上記陰極３０１は、この接続部３１３を介して、電流導入端子（図３、図４に符号４１で示す）に固定されている。また、各中空山型陰極要素３０３相互間には複数個所（この実施の形態の場合には７箇所、８箇所に隙間が形成されるが１箇所は上記接続部３１３によって閉塞されている。）に隙間３１５が形成されている。又、上記接続部３１３と上記中空山型陰極要素３０３の接合も、ＴＩＧ溶接によってなされている。
尚、その他の構成は前記第３の実施の形態の場合と同様である。
【００４３】
上記構成によると、各突起２７、２９を介して集中・加速されたイオンが、中空山型陰極要素３０３の外側開口部３０７を介してさらにビーム状に集中・加速される。
【００４４】
又、上記内側開口部３０９付近（図１３（ｃ）中下端側）の部分は、前記したように６個の中空山型陰極要素３０３を組み合わせることにより略正球の球面の一部を構成するような形状となっているので、上記陰極３０１の内側に、略正球の形状のポテンシャルの井戸が発生する。
【００４５】
そして、上記陰極３０１の内側に集中されたイオンと、各突起２７、２９を介して集中・加速され中空山型陰極要素３０３の外側開口部３０７を介して陰極３０１の内側に飛び込んできたイオンが衝突し、核融合反応が発生する。又、各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンは、１８０°の方向に対向・配置された別の各突起２７、２９の先端から集中・加速されたイオンとも衝突し、それによっても、核融合反応が起きる。
【００４６】
又、上記核融合反応しなかった物質は隙間３１５を介して上記陰極３０１の外部へと排出される。
【００４７】
以上、この第４の実施の形態によると、前記第３の実施の形態による核融合装置と同様の効果を奏することができる。
又、イオンビームが入射される側の外側開口部３０７の内径が、前記第３の実施の形態における中空山型陰極要素２０３の外側開口部２０７の内径よりも小さく設定されているので、上記イオンビームがさらに絞られて集中・加速が促進され、核融合反応率を高めることができる。
又、貫通孔３０５の内周面の内側開口部３０９付近（図１３（ｃ）中下端側）は、前記したように６個の中空山型陰極要素３０３を組み合わせると、略正球の球面の一部を構成するような形状となっているので、上記陰極３０１内に生ずるポテンシャルの井戸が、前記第３の実施の形態の場合よりもさらに略正球の形状となり、これにより上記陰極３０１内に効果的にイオンを集め、核融合反応の効率を高めることができる。
【００４８】
尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記第１〜第４の実施の形態の場合には、陽極を２個のリング状陽極要素を９０°の方向に組み合わせて構成したが、それに限定されるものではなく、３個以上のリング状陽極要素を組み合わせて構成しても良く、又、中空の球面体から構成する、等の構成でもよい。
又、突起やイオン銃の個数は６個に限定されるものではない。
又、突起の形状も、円錐形状に限定されるものではなく、四角錐形状等の多角錐形状、等、様々な形状が考えられる。
又、陰極を構成する陰極要素の構成としては円形に限定されるものではなく、例えば、正三角形、正方形、正六角形、正八角形、等の正多角形、等の非円形であってもよく、極力中心部に対して均等であれば問題無く機能する。
又、前記第１の実施の形態の場合には、突起の先端を一箇所針状に尖った形状にしたが、それに限定されるものではなく、例えば、複数個所を「ギザギザ」状に尖らせても良い。
又、陰極の陰極要素の形状を突起の錐形状の横断面形状に合わせなくても良く、例えば、円錐形の突起に対して正三角形の横断面形状を成す環状の陰極要素であっても良い。
前記第３の実施の形態では、陰極はＳＵＳ３０４製であったが、熱伝導性が良く、且つ、放射化しにくいその他の導体金属でもよい。
その他、図示した構成はあくまで一例でありそれに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、例えば、中性子や荷電粒子等の放射線の発生装置として使用される核融合装置に係り、特に、陽極と陰極の構成を改良することにより、構成の複雑化、コストの上昇を来すことなく、核融合反応量を増大させて発生する中性子や荷電粒子等の放射線の量を増やすことができるように工夫したものに関し、例えば、ＢＮＣＴ、各種物質測定、人工的な放射性物質の製作、各種実験・試験・測定用の核融合装置に好適である。
【符号の説明】
【００５０】
１  核融合装置
３  真空容器
２１  陽極
２３  リング状陽極要素（陽極要素）
２５  リング状陽極要素（陽極要素）
２７  突起（イオン集中・加速部）
２９  突起（イオン集中・加速部）
３１  陰極
３３  リング状陰極要素（陰極要素）
１０１  イオン銃（イオン集中・加速部）
２０１  陰極
２０３  中空山型陰極要素（陰極要素）
３０１  陰極
３０３  中空山型陰極要素（陰極要素）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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