(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、このイオン源内のフィラメントに電流を流し加熱するためのフィラメント電源、前記フィラメントと前記イオン源の壁に電圧を印加してイオン粒子を生成させるアーク電源、前記イオン源の壁と第１の電極に電圧を印加するバイアス電源及び前記第１の電極の下方に配置した第２の電極に電圧を印加する引出電源を備えた粒子ビーム装置において、前記アーク電源と前記引出電源が共にＯＮとなった時刻から一定時間の間、前記バイアス電源の出力基準値に一定値を加算する加算回路を設けてなることを特徴とする粒子ビーム装置。
【請求項２】
イオン源と、このイオン源内のフィラメントに電流を流し加熱するためのフィラメント電源、前記フィラメントと前記イオン源の壁に電圧を印加してイオン粒子を生成させるアーク電源、前記イオン源の壁と第１の電極に電圧を印加するバイアス電源及び前記第１の電極の下方に配置した第２の電極に電圧を印加する引出電源を備えた粒子ビーム装置において、前記アーク電源がＯＦＦとなった時刻から一定時間の間、前記バイアス電源の出力基準値に一定値を減算する減算回路を設けてなることを特徴とする粒子ビーム装置。
【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プラズマに加熱するために用いられる粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、粒子ビーム装置はイオン源で荷電粒子を生成し、生成された荷電粒子をイオン源から引出し、加速して核融合装置のプラズマを加熱するために用いる装置である。
【０００３】
図７を参照して粒子ビーム装置の従来例について説明する。図７において、従来の粒子ビーム装置は、イオン源１、イオン源１内のフィラメント５に電流を流すためのフィラメント電源２、アーク電源３、バイアス電源４、第１から第３の電極６，８，10、引出電源７、加速電源９から構成されている。
【０００４】
このように構成された粒子ビーム装置において、フィラメント電源２は、数10本のフィラメント５に数100 Ａの電流を流し、フィラメント５を加熱する電源である。アーク電源３は、フィラメント５とイオン源１の壁の間に100 Ｖ程度の電圧を印加してイオン粒子を生成させる電源である。バイアス電源４は、イオン源１の壁と第１の電極６の間に10Ｖ程度の電圧を印加して、放出される電子の量を制御する電源である。第１の電極６はイオン源１の開口端に配置されてバイアス電源４と引出電源７に接続している。
【０００５】
引出電源７は、第１の電極６と第２の電極８の間に10Kv程度の電圧を印加し、荷電粒子の引出しを行う電源である。加速電源９は、第２の電極８と第３の電極10の間に数10kVから数100kV の電圧を印加し、両電極８，10間の電位差により荷電粒子を加速する電源である。第２の電極８は第１の電極６の真下に設けられて引出電源７と加速電源９に接続し、第３の電極10は第２の電極８の真下に設けられて加速電源９に接続している。
【０００６】
図８は、粒子ビーム装置を構成する各電源２，３，４，７及び９の運転タイムシーケンスを示したものである。まず、フィラメント電源２、バイアス電源４、アーク電源３の順に立ち上げて粒子を予備電離させた後、一旦アーク電源３を立ち下げる。その後、加速電源９、引出電源７、アーク電源３の順に立ち上げて粒子ビームを引出す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の粒子ビーム装置においては、アーク電源３のＯＮ，ＯＦＦ（入り切り）によって、バイアス電源４の出力電圧が変動するという問題がある図９はアーク電源３のタイムシーケンスとバイアス電源４の出力電圧変動の関係を示すものである。最初にアーク電源３がＯＮになった時、バイアス電源４の出力電圧が低下、つまり落込むが、この時点ではビームを引出していないので、バイアス電源４の出力電圧変動は装置の性能に影響を与えることはない。
【０００８】
しかしながら、アーク電源３がＯＦＦになった時、バイアス電源４の出力電圧は大きく跳ね上がり、設定値を大幅に超過する。バイアス電源４の制御応答速度は他電源との干渉を抑えるために遅くなっており、次のアーク電源３のＯＮのタイミングでバイアス電源４の出力電圧は依然として設定値を上回っているため、バイアス電源の制御は電圧を下げる方向に働いている。
【０００９】
したがって、２回目のアーク電源３のＯＮにより、バイアス電源４の出力電圧は１回目以上に大きく落込んでしまう。この段階ではビームの引出しを行っているため、バイアス電源４の出力電圧が低下している期間は、電子の放出量の制御が不能になり、ビームの質が低下するという課題がある。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出できる粒子ビーム装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る粒子ビーム装置においては、請求項１に対応する発明では、イオン源と、このイオン源内のフィラメントに電流を流し加熱するためのフィラメント電源、前記フィラメントと前記イオン源の壁に電圧を印加してイオン粒子を生成させるアーク電源、前記イオン源の壁と第１の電極に電圧を印加するバイアス電源及び前記第１の電極の下方に配置した第２の電極に電圧を印加する引出電源を備えた粒子ビーム装置において、前記アーク電源と前記引出電源が共にＯＮとなった時刻から一定時間の間、前記バイアス電源の出力基準値に一定値を加算する加算回路を設けてなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成の粒子ビーム装置においては、バイアス電源の出力電圧が落込んだ時にバイアス電源の出力設定値を高くするため、電圧の回復時間を短縮してバイアス出力電圧の変動を抑制し、質の高いビームを放出する粒子ビーム装置を提供できる。
【００１３】
なお、バイアス電源の出力基準値に加算する量は時間の関数とすることが好適である。この場合、バイアス電源の出力電圧の落込みの是正をきめ細かく行うことができる。
【００１４】
請求項２に対応する発明では、イオン源と、このイオン源内のフィラメントに電流を流し加熱するためのフィラメント電源、前記フィラメントと前記イオン源の壁に電圧を印加してイオン粒子を生成させるアーク電源、前記イオン源の壁と第１の電極に電圧を印加するバイアス電源及び前記第１の電極の下方に配置した第２の電極に電圧を印加する引出電源を備えた粒子ビーム装置において、前記アーク電源がＯＦＦとなった時刻から一定時間の間、前記バイアス電源の出力基準値に一定値を減算する減算回路を設けてなることを特徴とする。
【００１５】
上記構成の粒子ビーム装置においては、バイアス電源の出力電圧が跳ね上がった時にバイアス電源の出力設定値を低くするため、電圧の回復時間が短くなり、２回目のアーク電源ＯＮの時点のバイアス電源の出力電圧の落込み量が小さくなる。
【００１６】
なお、アーク電源がＯＦＦとなった時刻からバイアス電源の出力基準値に減算する量が時間の関数とすることが好適である。この場合、バイアス電源の出力電圧の跳ね上がりの是正をきめ細かく行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２により本発明に係る粒子ビーム装置の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
本実施の形態における粒子ビーム装置の基本的な構成は図７とほぼ同様であるので、その装置の構成の説明は省略するが、本実施の形態が従来例と異なる点は図１に示したように、アーク電源ＯＮ、引出電源ＯＮ、バイアス電源ＯＮの３条件が整った時に一定時間一定電圧をバイアス電源出力基準に加算する加算回路11を設けたことにある。
【００１９】
本実施の形態において、図２に示すようにバイアス電源出力指令値が従来のバイアス電源出力基準よりも一定時間高くなるため、バイアス電源出力電圧の落込み時間が短縮される。なお、図２は図９と対比して示すアーク電源のタイムシーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を示している。
【００２０】
本実施の形態によれば、アーク電源と引出電源が共にＯＮになった時刻から一定時間の間、バイアス電源の出力基準値に一定値を加算するので、バイアス電源の出力電圧が落込んだ時にバイアス電源の出力設定値が高くなり、電圧の回復時間を短くすることができる。
【００２１】
次に、図３及び図４により本発明に係る粒子ビーム装置の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態が従来例と異なる点は図３に示したように、アーク電源ＯＦＦになった時に一定時間一定電圧をバイアス電源出力基準から減算する減算回路12を設けたことにある。その他の点は従来例とほぼ同様であるため、その構成の説明は省略する。
【００２２】
本実施の形態において、図４に示すようにバイアス電源出力指令値が従来のバイアス電源出力基準よりも一定時間低くなるため、バイアス電源出力電圧の跳ね上がり時間が短縮される。なお、図４は図９と対比して示すアーク電源のタイムシーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を示している。
【００２３】
本実施の形態によれば、アーク電源がＯＦＦとなった時刻から一定時間の間、バイアス電源の出力基準値に一定値を減算し、バイアス電源の出力電圧が跳ね上がった時にバイアス電源の出力設定値を低くするため、電圧の回復時間が短くなり、２回目のアーク電源ＯＮの時点のバイアス電源の出力電圧の落込み量を小さくすることができる。
【００２４】
次に、図５を参照しながら本発明に係る粒子ビーム装置の第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態は、第１の実施の形態において、図５に示すようにアーク電源ＯＮ、引出電源ＯＮ、バイアス電源ＯＮの３条件が整った時に時間の関数からなる加算電圧［ｆ（ｔ）］をバイアス電源出力基準に加算する関数加算回路13を設けたことにある。
【００２５】
本実施の形態において、バイアス電源出力指令値が従来のバイアス電源出力基準よりも時間関数分だけ高くなるため、バイアス電源出力電圧の落込み時間が短縮される。
【００２６】
本実施の形態によれば、アーク電源と引出電源が共にＯＮとなった時刻から時間関数分だけバイアス電源の出力基準値に加算するので、バイアス電源の出力電圧が落込んだときにバイアス電源の出力設定値が高くなり、電圧の回復時間を短くでき、さらに電圧の回復曲線をきめ細かく調整することができる。
【００２７】
次に、図６を参照しながら本発明に係る粒子ビーム装置の第４の実施の形態を説明する。
本実施の形態は、第２の実施の形態において、図６に示したようにアーク電源がＯＦＦになった時に時間の関数［ｇ（ｔ）］からなる減算電圧をバイアス電源出力基準から減算する関数減算回路14から構成されている。
【００２８】
本実施の形態において、バイアス電源出力指令値が従来のバイアス電源出力基準よりも時間の関数分だけ低くなるため、バイアス電源出力電圧の跳ね上がり時間が短縮される。
【００２９】
本実施の形態によれば、アーク電源がＯＦＦとなった時刻から時間関数分だけバイアス電源の出力基準値から減算し、バイアス電源の出力電圧が跳ね上がった時にバイアス電源の出力設定値を低くするため、電圧の回復時間を短くきめ細かく調整することができ、２回目のアーク電源ＯＮの時点のバイアス電源の出力電圧の落込み量を小さくすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の粒子ビーム装置において、請求項１の発明では、アーク電源と引出電源が共にＯＮとなった時刻から一定時間の間、バイアス電源の出力基準値に一定値を加算するので、ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出する粒子ビーム装置を提供することができる。
【００３１】
また、アーク電源と引出電源が共にＯＮとなった時刻から時間関数分だけバイアス電源の出力基準値に加算することにより、ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出する粒子ビーム装置を提供することができる。
【００３２】
請求項２の発明では、アーク電源がＯＦＦとなった時刻から一定時間の間、バイアス電源の出力基準値に一定値を減算するので、ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出する粒子ビーム装置を提供することができる。
【００３３】
また、アーク電源がＯＦＦとなった時刻から時間関数分だけバイアス電源の出力基準値から減算することにより、ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出する粒子ビーム装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粒子ビーム装置の第１の実施の形態を説明するための回路図。
【図２】図１における粒子ビーム装置のアーク電源のタイムシーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を示す線図。
【図３】本発明に係る粒子ビーム装置の第２の実施の形態を説明するための回路図。
【図４】図２における粒子ビーム装置のアーク電源のタイムシーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を示す線図。
【図５】本発明に係る粒子ビーム装置の第３の実施の形態を説明するための回路図。
【図６】本発明に係る粒子ビーム装置の第４の実施の形態を説明するための回路図。
【図７】従来の粒子ビーム装置を説明するための概略的に示す模式図。
【図８】従来の粒子ビーム装置の各電源タイムシーケンスを示す線図。
【図９】従来の粒子ビーム装置のアーク電源のタイムシーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を示す線図。
【符号の説明】
１…イオン源、２…フィラメント電源、３…アーク電源、４…バイアス電源、５…フィラメント、６…第１の電極、７…引出電源、８…第２の電極、９…加速電源、10…第３の電極、11…加算回路、12…減算回路、13…関数加算回路、14…関数減算回路。
【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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