(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セシウム貯蔵タンク、弁、導入管、それらを接続する配管、及び底部に永久磁石を内装した浮子から構成され、浮子をセシウム液面上に浮かべ、ガウスメータでその磁石のレベルを外部から測定し、貯蔵タンク内のセシウム液量を検出するセシウム導入装置において、
貯蔵タンクの中心軸方向の溝を貯蔵タンクの外壁に設け、その溝にガウスメータのセンサーを挿入し、ガウスメータセンサーの先端と磁石端部との距離を小さくして精度良く磁石のレベルを測定し、
前記配管の端部を通る貯蔵タンクの中心軸方向の溝を貯蔵タンクの内壁に設け、前記導入管、弁及び配管から逆流したセシウム凝縮液を前記端部及びその溝を通って浮子の下に流入させ、
内部が円筒形状の貯蔵タンクに、角柱形状の浮子又は外側に突起を付けた円筒形状の浮子を封入し、浮子の上部及び底部に傾斜面を設け、貯蔵タンクの内壁と浮子の間をセシウム蒸気の通路とし、更に浮子の傾斜面により浮子上にセシウム凝縮液が滞留せず、又浮子の下部にセシウム気泡が滞留しないことで浮子の押し下げ又は傾きを防止し、且つ
前記弁及び配管の中心軸と導入管の中心軸とに傾きを設け、前記貯蔵タンクの中心軸を鉛直にし、浮子の中心軸と貯蔵タンクの中心軸を平行にして浮子を貯蔵タンク内壁に接触させずにスライドさせることを特徴とする。前記装置。
【請求項２】
浮子の内部を密封したことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
浮子に磁石の長さより僅かに大きな孔を浮子を貫通しないように開け、その孔の底部に磁石を設置し、孔の上部に蓋をして浮子を密封し、その蓋の中心に棒状の取っ手を設けたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記貯蔵タンクの外壁に設けた溝を、弁と貯蔵タンクとを接続する配管の反対側に設けたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
貯蔵タンクの外壁に設けた溝を、浮子の磁石の端部から溝の内側までの距離が１０ｍｍ以下となるように設けたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
浮子の外壁に設けた突起を、貯蔵タンクの内壁に設けた溝に、その突起を挿入して浮子を上下させたことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は核融合装置の負イオンビーム中性粒子入射（Ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ、以下、Ｎ−ＮＢＩと略す）装置に係わり、特に、セシウム導入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎ−ＮＢＩ装置のイオン源には、生成効率を向上させるため、セシウムを導入するセシウム導入装置が設置されている。セシウム導入装置はイオン源の外側にある貯蔵タンクでセシウムを気化させて、その蒸気を、高真空のイオン源に導入する装置である。なお、Ｎ−ＮＢＩ装置は上下２個のイオン源から構成され、イオン源から引き出された中性粒子ビームがプラズマに入射されるので、イオン源の中心軸はどちらも水平面と角度θだけ傾いてセットされる。
【０００３】
セシウムは融点が約３０℃、沸点が７００℃の金属であるが、イオン源の圧力は１０-5〜１０-3Ｐａの高真空であるので、飽和蒸気温度は約１８０℃になる。このセシウムはイオン生成部において消費されるので、セシウム導入装置は消費量に見合った一定量を導入することが望まれる。そこで、Ｎ−ＮＢＩ装置の運転では、ビームの出力が最高になるように貯蔵タンクの設定温度をステップ状に上下させて、セシウムの蒸発量を制御していた。このようにしてセシウムの蒸発量をしばしば変えたので、貯蔵タンク内のセシウム残量を正確に予測するのが困難であった。このため、貯蔵タンク内に永久磁石を内装した浮子を浮かべ、ガウスメータで磁石のレベルを外部から測定し、貯蔵タンク内のセシウム残量を検出する方法、装置が考案された（特願平１０−２６４１３２公報）。
【０００４】
しかし、従来の装置では、ａ）貯蔵タンク内壁と浮子との隙間は等間隔で小さかった。ｂ）イオン源の軸は水平面と角度θだけ傾いていたにもかかわらず、弁、配管、導入管を同一軸にしていた。ｃ）浮子の上部に孔が開いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、ａ）貯蔵タンク内壁と浮子との隙間は等間隔で小さかったため、導入管、配管、弁等で凝縮したセシウム液が貯蔵タンクへ逆流した場合に、セシウム液が配管の端部より浮子の上に注がれ、液滴が浮子の上に乗り、浮子が押し下げられたり、傾けられる問題があった。
【０００６】
逆に、貯蔵タンク内壁で発生したセシウムの気泡が浮子と貯蔵タンクの隙間をスムーズに通過させる構造については配慮されておらず、気泡により浮子が押し上げられたり、傾けられる問題があった。
【０００７】
ｂ）イオン源の軸は水平面と角度θだけ傾いていたにも拘わらず、弁、配管、導入管を同一軸にしていたため、貯蔵タンクの中心軸が鉛直面と角度θだけ傾き、傾いた貯蔵タンク内壁に浮子が接触しながら低下するので、スムーズにスライドできず、途中で引っかかる問題があった。
【０００８】
ｃ）浮子の上部に孔が開いていたため、浮子内部にセシウム蒸気が流入、凝縮し、内部にセイウム液が溜まり、浮子のレベルが低下する問題があった。
上記課題を解決し、貯蔵タンク内のセシウム液のレベルをより精度良く検出できるセシウム導入装置を提供することを本発明の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、弁と貯蔵タンクとを接続する配管の端部を通るように、貯蔵タンクの中心軸方向に溝を貯蔵タンクの内壁に設けた。
【００１０】
貯蔵タンクの内壁と浮子の間にセシウム蒸気の通路を設けた。その具体的手段として、内部が円筒形の貯蔵タンクに６角柱の浮子あるいは外側に突起を付けた円筒形の浮子を封入した。また、その浮子の上部及び底面に傾斜面を設けた。
【００１１】
弁及び配管の軸と導入管の軸とに傾きθを設けた。その傾きθを、イオン源の中心軸が水平面となす角度θと等しくした。
浮子を密封し、内部にセシウム蒸気が流入しないようにした。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１〜図１２により説明する。図１は、イオン源４に設置したセシウム導入装置の貯蔵タンク１内のセシウム液面に浮かべた磁石６のレベルを、外部からガウスメータセンサ９で測定している状態を模式的に表した図である。
【００１３】
セシウム導入装置の主要構成要素は、貯蔵タンク１、弁２、導入管３、配管１７、磁石６を底部に内装した浮子５Ａであり、これをイオン源４のフランジ１６に固着し、浮子５Ａ底部に内装した磁石６のレベルをガウスメータセンサ９で測定し、貯蔵タンク１内のセシウム液面及びセシウム液の量を検出する。
【００１４】
本実施例では、配管１７の端部１８を通る溝７を貯蔵タンク１の内壁に設けた。これによって、導入管３、配管１７、弁２等からセシウム液が貯蔵タンク１へ逆流した場合に、セシウム液が端部１８より溝７を通り、浮子５Ａの下に流れる。したがって、浮子５Ａの上にセシウム液が注がれて、浮子５Ａが押し下げられたり、傾けられるのを防止する効果がある。
【００１５】
また、本実施例では、溝７の反対側で貯蔵タンク１の外壁に溝８を設けた。これによって、図９〜図１２で後述するように、ガウスメータセンサ９の先端と磁石６端部との距離が小さくなり、より精度良く磁石６のレベルを測定できる。
【００１６】
図２に貯蔵タンク１、浮子５Ａ、溝７、溝８の詳細図を示した。図２−２は縦断面図、図２−１はＡ−Ａ矢視図、図２−３は背面図である。図２−１に示したように、貯蔵タンク１の内壁は前後が平行平面の円筒で、浮子５Ａが６角柱であるため、セシウム蒸気あるいは液が貯蔵タンク１の内壁と浮子５Ａの間隙をスムーズに流れる。これによって、浮子５Ａの上にセシウム液が溜まったり、浮子５Ａの上にセシウムの気泡が溜まったりしなくなるので、浮子５Ａが押し下げられたり、押し上げられたり、傾いたりするのを防止する効果がある。
【００１７】
浮子５Ａの詳細図を図３に示した。図３−１は水平（Ｂ−Ｂ）断面図、図３−２は縦（Ｃ−Ｃ）断面図である。６角柱に磁石６の長さより僅かに大きな孔を貫通しないように開け、孔の底部に磁石６を設置し、孔の上部に蓋をして浮子５Ａを密封し、蓋の中心部に細い棒１１を取付けこれを取手とした。これにより、浮子５Ａの内部にセシウム蒸気が流入しなくなった。
【００１８】
イオン源４の中心軸２１は水平面２０と角度θだけ傾斜しており、そのフランジ１６も鉛直面２２に対して角度θだけ傾斜している。本実施例では、弁２及び配管１７の軸と導入管３の中心軸２１とに傾きθを設けて、貯蔵タンク１の中心軸２３を鉛直にし、浮子５Ａの中心軸と貯蔵タンク１の中心軸２３が平行になるようにした。これによって、浮子５Ａが貯蔵タンク１内壁に接触せずにスムーズにスライドするようになった。
【００１９】
浮子５Ａの傾きや、ガウスメータセンサ９の先端と磁石６端部との距離がガウスメータによる磁石６の読取り精度に及ぼす影響を図９〜図１２により説明する。
【００２０】
図９にガウスメータセンサ９の中心軸と磁石６の中心軸との傾きα、磁石６端部からガウスメータセンサ９端部までのｘ（水平）方向の距離ｘ、ガウスメータの表示値が０になる磁石６端部からガウスメータセンサ９端部までのｙ（鉛直）方向の距離ｙｏを示した。
【００２１】
図１０にｘとｙｏの関係に示した。ｘの増加と共にｙｏが減少する。したがって、ｘが小さい場合は浮子の傾きαによる磁石６のレベルの測定誤差は小さいが、ｘの増加と共にレベルの測定誤差が大きくなる。また、ガウスメータセンサ９の中心軸と磁石６の中心軸との傾きα小さい方が、磁石６のレベルの測定誤差は小さい。
【００２２】
図１１にガウスメータ表示値の変動幅を示した。ｘ、ｙによらずに変動幅は０．５以下であった。
図１２に磁石レベルの読取り誤差を示した。任意のｘに対するｙｏ、ｙｏ±０．５ｍｍ、ｙｏ±１．０ｍｍにおけるガウスメータ表示値の平均値を図１２にプロットした。その結果、ｘの小さな領域では、ｙｏとｙｏ−０．５ｍｍとの表示値の差、ｙｏとｙｏ＋０．５ｍｍとの表示値の差が大きく、僅かに、ｙ値を変えても表示値が大きく変化する。この表示値の変化が図１１に示したガウスメータ表示値の変動幅よりかなり大きければ、精度良く磁石レベルを読取れる。逆に、ｘの大きな領域では、ｙｏとｙｏ−０．５ｍｍとの表示値の差、ｙｏとｙｏ＋０．５ｍｍとの表示値の差が小さく、ｙ値を変えても表示値が余り変化しない。ガウスメータ表示値の変動幅より表示値の変化が小さいと、磁石レベルを精度良く読取ることはできない。図１２からｘ≦１０ｍｍにすれば信頼できる磁石レベルを測定できることがわかった。
【００２３】
本実施例によれば、セシウムの液滴１０３（図５）が浮子５Ｂの上部にたい積、あるいは、セシウムの気泡１０３が浮子５Ｂの下部に滞留しないので、浮子５Ｂが沈んだり、浮き上がったり、あるいは、傾いたりするのを防止する効果がある。
【００２４】
以上、本実施例によれば、（１）導入管３、配管１７、弁２等からセシウム液が貯蔵タンク１へ逆流した場合に、セシウム液が端部１８より溝７を通り、浮子５Ａの下へ流れる。したがって、浮子５Ａの上にセシウム液が注がれて、浮子５Ａが押し下げられたり、傾けられたりするのを防止できる。
【００２５】
（２）ガウスメータセンサ９の先端と磁石６端部との距離が小さくなり、より精度良く磁石６のレベルを測定できる。
（３）セシウム蒸気あるいは液が貯蔵タンク１の内壁と浮子５Ａの間隙をスムーズに流れることができるので、浮子５Ａの上にセシウム液が溜まって、浮子５Ａが押し下げられたり、浮子５Ａの下にセシウムの気泡が溜まって、浮子５Ａが押し上げられたりするのを防止する効果がある。
【００２６】
（４）浮子５Ａを密封し、セシウム液が浮子５Ａの内部に溜まらなくなったので、より精度良く磁石６のレベルを測定できる。
（５）貯蔵タンク１の中心軸２３を鉛直にしたので、浮子が貯蔵タンク１内壁に接触せずにスムーズにスライドするようにした。
【００２７】
図４、図５に浮子の一の実施例を示した。本実施例では、浮子５Ｂに上部傾斜面１２及び下部傾斜面１３を設けた点が、前実施例と異なる。図５に示したように、上部傾斜面１２により僅かなセシウムの液滴１０３も浮子５Ｂの上部にたい積せず、また、下部傾斜面１３によりセシウムの気泡１０４が浮子５Ｂの下部に滞留しなくなった。
【００２８】
本実施例によれば、セシウムの液滴１０３のたい積、あるいは、気泡１０３の浮力の影響をさらに少なくできるので、浮子５Ｂが実際のレベルより沈んだり、浮き上がったり、あるいは、傾いたりするのを防止する効果がさらに大きくなった。
【００２９】
図６、図７に浮子５Ｃ及び貯蔵タンク１Ｂの一実施例を示した。本実施例では、浮子５Ｃを円筒形にし、外周に突起１４、突起１５を設けた点、貯蔵タンク１Ｂを円筒形にした点、貯蔵タンク１Ｂの溝７に突起１４を挿入して、浮子５Ｃをスライドさせた点が、前実施例と異なる。
【００３０】
本実施例によれば、浮子５Ｃを軽くすることができるので、磁石６の沈み量を、さらに小さくできる。なお、セシウム液１０１(図５）の液面が低下して、浮子５Ｃの底部が貯蔵タンク１Ｂ内孔の底に着いても、貯蔵タンク１Ｂ内にセシウム液１０１が浮子５Ｃの沈み分だけ残っている。したがって、セシウム液１０１残量を精度良く検出するには、磁石６の沈み量は小さい方が良い。
【００３１】
図８に導入管３の先端部に設けた排気孔１０の一実施例を示した。図８−１は導入管３先端部の側面図、図８−２はＦ−Ｆ断面図である。本実施例では、排気孔１０を導入管３の周方向に角度Φだけ拡げた。これによって、セシウム蒸気１０２をイオン源４内に拡散できるので、イオン源４内に均一な放電を形成する効果がある。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、貯蔵タンク内のセシウム液に浮子を安定して浮かべることができるので、浮子底部に設置した磁石のレベルを精度良く測定できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例のセシウム導入装置とイオン源の縦断面図である。
【図２】  本発明の一実施例の貯蔵タンクと浮子の詳細図である。
【図３】  本発明の一実施例の浮子の詳細図である。
【図４】  本発明の一実施例の浮子の詳細図である。
【図５】  本発明の一実施例の貯蔵タンクと浮子の縦断面図である。
【図６】  本発明の一実施例の浮子の詳細図である。
【図７】  本発明の一実施例の貯蔵タンクと浮子の断面図である。
【図８】  本発明の一実施例の導入管の排気孔の説明図である。
【図９】  本発明の浮子に内装した磁石とガウスメータの測定結果の説明図である。
【図１０】  本発明の浮子に内装した磁石とガウスメータの測定結果の説明図である。
【図１１】  本発明の浮子に内装した磁石とガウスメータの測定結果の説明図である。
【図１２】  本発明の浮子に内装した磁石とガウスメータの測定結果の説明図である。
【符号の説明】
１、１Ｂ・・・貯蔵タンク、２・・・弁、３・・・導入管、４・・・イオン源、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ・・・浮子、６・・・磁石、７・・・溝Ａ、８・・・溝Ｂ、９・・・ガウスメータセンサ、１０・・・排気孔、１１・・・棒、１２・・・上部傾斜面、１３・・・下部傾斜面、１４・・・突起Ａ、１５・・・突起Ｂ、１６・・・フランジ、１７・・・配管、１８・・・端部、２０・・・水平面、２１・・・イオン源の中心軸、導入管の中心軸、２２・・・鉛直面、２３・・・貯蔵タンクの中心軸、１０１・・・セシウム液、１０２・・・セシウム蒸気、１０３・・・セシウムの液滴、１０４・・・セシウムの気泡、Ｎ・・・磁石Ｎ極、Ｓ・・・磁石Ｓ極、ｘ・・・ｘ方向の距離、ｙ・・・ｙ方向の距離、ｙｏ・・・表示値０のレベル、α・・・磁石の傾き、θ・・・導入管の傾き、Φ・・・排気孔の拡がり角度
【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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