(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セシウムを封入するリザーバタンク、弁及び導入管から構成されるセシウム導入装置において、
リザーバタンクを２重円筒から構成し、その内筒をセシウム容器とし、その外筒を冷却ガス用の複数の通気ダクトを備えた伝熱部材で構成し、前記通気ダクトを伝熱部材内に設けるか又はその外表面に溝として設け、外筒底部に前記通気ダクト下端に通ずる冷却ガス導入管を配置し、外筒頂部を、前記通気ダクト上端に通ずる冷却ガス排気管を備えた外筒フタで密閉し、外筒の外側をヒーターで囲むことにより、
セシウム蒸気をイオン生成部に導入する際には、ヒーターで外筒を経て内筒を加熱して内筒内のセシウムを蒸発させて前記弁及び導入管を経てイオン生成部に流入させ、セシウム蒸気のイオン生成部への流入を止める際には、前記ヒーターによる加熱を停止し、冷却ガスを冷却ガス導入管から外筒の通気ダクトを経て冷却ガス排気管に流して外筒を介して内筒を冷却し、セシウム蒸気の発生を止め、そのイオン生成部への流入を停止することを特徴とする、前記装置。
【請求項２】
リザーバタンクの内筒をステンレス材、外筒を銅又はアルミニウム材とする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】
「ＪＡＥＲＩ-Ｍ９４-０７２」日本原子力研究所，１９９４,３月,ｐｌ０６には、Ｎ−ＮＢＩ装置のイオン生成部に、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ことが開示されている。このセシウム導入装置は、イオン生成部の外側にあるリザーバタンクでセシウムを気化させて、その蒸気を、高真空のイオン生成部に導入する装置である。
【０００３】
セシウムは融点が約３０℃、沸点が７００℃の金属であるが、イオン生成部の圧力は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。また、セシウムは飽和温度以下になると液化して系統内が閉塞し、セシウム蒸気が流れなくなるので、系統内を飽和温度以下にしないように配慮する必要がある。
【０００４】
従来のセシウム導入装置は、リザーバタンク、２種類の弁、セシウム導入管から構成され、このリザーバタンク、導入管の周囲には加熱ヒータ及び断熱材が巻かれている。リザーバタンクを加熱することにより、中のセシウムを気化させ、弁、導入管を加熱することにより、蒸気が途中で液化するのを防止している。
【０００５】
従来の装置では、高真空による空気漏洩防止のため、弁と空気圧式駆動弁を設置していた。弁は漏洩防止用の弁であり、漏洩チェック後は開状態にしておき、前記空気圧式駆動弁の開閉によりセシウム蒸気を導入・遮断していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、セシウム導入装置の系統が閉塞し、セシウム蒸気が流れなくなる問題があった。即ち、従来例では、空気圧式駆動弁において、構造の複雑性から局部的に低温部ができ、その部分にセシウム蒸気が凝縮し、系統が閉塞することが発生した。
【０００７】
以下に、前記空気圧式駆動弁において、局部的に低温部ができ易い理由を示す。（１）スライド部やシール部などがあるため、構成部材の材料および構造上、余り高温にできない。（２）開閉操作のために、ヒータ及び断熱材の巻き付けができない部分がある。（３）配管やリザーバタンクに比べて、熱容量が大きいため、内部まで昇温するのに時間がかかる。（４）配管やリザーバタンクに比べて構造が複雑であるため、等間隔でヒータの巻き付けや、断熱材の被覆が難しく、一様に加熱・保温することができない。
【０００８】
上記課題を解決し、セシウムを安定して導入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】
本発明は上記目的を達成するために、リザーバタンクに、前記空気圧式駆動弁と同じ導入・遮断の機能を付加することにより、空気圧式駆動弁を削除した。即ち、リザーバタンクを加熱、あるいは、冷却することにより、リザーバタンク内のセシウムの温度を上下させて、セシウムの蒸気圧を変化させ、セシウム蒸気の導入、遮断を行うものである。
【００１０】
その具体的方法として、リザーバタンクの周囲に冷却ガスダクトを設置して、その外側に加熱ヒータを配置し、冷却ガスを遮断して加熱ヒータの電源を入れ、セシウム蒸発させて、その蒸気をイオン生成部に導入させた。また、加熱ヒータの電源を切り、冷却ガスを流入して、セシウムの蒸発を止めて、その蒸気を遮断するようにした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下，本発明のセシウム導入装置の一例を図１〜図２により説明する。図１に、セシウム導入装置全体の縦断面図を示す。主要構成要素はリザーバタンク１、弁２、セシウム導入管３であり、それらの周囲にヒータ５、断熱材６が配置されている。セシウム導入管３をイオン生成部７と接続する。図２にリザーバタンク１の横断面図を示した。リザーバタンク１は内筒８及び外筒９から構成される。内筒８をセシウムの容器とし、外筒９の周囲に通気ダクト４、下部に冷却ガス導入管１０、上部に冷却ガス排気管１１を設置した。冷却ガス１０２を冷却ガス導入管１０より外筒９下部へ流入させ、これを通気ダクト４に分配し、さらに、外筒９上部で集合させて、冷却ガス排気管１１より排気する。
【００１２】
内筒８の材質としては、３００℃程度の高温下で、強度及びセシウムの腐食に耐えられるステンレス材とする。また、外筒９の材質としては、熱伝導率の大きな銅、あるいは、アルミニウム、あるいは、それらの合金とする。これによって、内筒８を一様に加熱あるいは冷却できる効果がある。また、熱伝導率の大きな外筒９の内部に通気ダクト４を設け、内筒８と外筒９との接触面積を大きくして、さらに、内筒８を一様に加熱あるいは冷却できる構造とした。冷却ガス導入管１０と接続する配管１３の材質として、熱伝導率の小さなステンレス材とする。これによって、配管１３からの放熱量を低減し、ヒータ５の電源容量を低減できる効果がある。
【００１３】
【実施例】
以下に、実施例により、本発明によるセシウム導入装置の運転方法を示す。まず、
（１）  運転前に窒素雰囲気下で、リザーバタンク１にセシウム液１０ｌａを封入した後、弁２を閉じて、セシウム導入装置をイオン生成部７に取り付け、イオン生成部７を真空引きした後、弁２を開く。
【００１４】
（２）  運転開始時に、冷却ガス系統１０２を遮断し、ヒータ５の電源を入れ、外筒９を経て内筒８を加熱すると、短時間でセシウム液１０ｌａが設定温度まで昇温される。セシウム液１０ｌａは飽和温度に達すると蒸発を開始し、セシウム蒸気１０ｌｂがイオン生成部７へ導入され始める。これによって、セシウム蒸気１０ｌｂを発生させ、これをイオン生成部７へ導入できる。
【００１５】
（３）  運転中は、セシウム液１０ｌａを設定温度に保つように、ヒータ５の電源を入り切りして、温度制御する。これによって、セシウムの蒸発量、即ち、イオン生成部７への導入を一定に制御できる。
【００１６】
（４）  運転停止時に、リザーバタンク１、弁２、セシウム導入管３の周囲に配置されたヒータ５の電源を切り、リザーバタンク１のみに冷却ガス１０２を流入するようにした。これによって、リザーバタンク１が冷却され、セシウムは数分以内に飽和温度以下に下がり、蒸発しなくなる。したがって、セシウム蒸気系統１０１ｂが遮断できる。
【００１７】
また、リザーバタンク１のみを冷却することにより、リザーバタンク１内の温度がセシウム蒸気系統１０１ｂ内で最低の状態で停止することになる。このため、セシウム蒸気系統１０１ｂ内のセシウム蒸気は、低温部のリザーバタンク１内で凝縮、固化し、これより高温の弁、配管、導入管内などに凝縮、固化するのを防止する効果がある。したがって、次の運転開始時にセシウム蒸気系統１０１ｂ内に閉塞する箇所が無く、スムーズな運転再開ができる。
【００１８】
本実施例によれば、
（１）  リザーバタンク１の外筒９の材質として、熱伝導率の大きな銅などを用いることによって、また、熱伝導率の大きな外筒９の内部に通気ダクト４を設け、内筒８と外筒９との接触面積を大きくすることによって、セシウムを一様に加熱あるいは冷却できる効果がある。
【００１９】
（２）  冷却ガス導入管１０と接続する配管１３の材質として、熱伝導率の小さなステンレス材（ＳＵＳ３０４かＳＵＳ３１６）を使用することによって、配管１３からの放熱量を低減し、ヒータ５の電源容量を低減できる。
【００２０】
（３）  運転停止時に、ヒータ５の電源を切り、リザーバタンク１に冷却ガス１０２を導入させることによって、リザーバタンク１が急速に冷却され、数分以内にセシウム蒸気系統１０１ｂを遮断できる。
【００２１】
また、リザーバタンク１のみを冷却するため、セシウム蒸気系統１０１ｂ内にセシウム蒸気が凝縮、固化しないので、次の運転開始時にセシウム蒸気系統１０１ｂ内に閉塞が無く、スムーズな運転再開ができる。
【００２２】
【実施例２】
本発明の他の実施例を図３〜図９に示した。リザーバタンク１の製作が容易であるように、外筒９を筒９aと筒９bから構成し、筒９a外表面に溝を掘り、筒９bの内側に挿入し、両者を熱伝導の良い材料で接合した点が、前実施例（図１、図２）と異なる。また、実際の製作を考慮して、構造が示されている点が、前実施例と異なる。図３にその構造図を示す。中心より左側半分は縦断面図で、右側半分は筒９ｂと外筒フタ９cのみ断面として、筒９aの外表面と通気ダクト４を表示した図である。中心より外に向かって、セシウム蒸気排気管１２を備えた内筒８，その外側に筒９a、筒９bを配置し、上部に外筒９cをかぶせた。
【００２３】
図４〜図９にそれらの部品図を示した。
【００２４】
図４、図５に筒９ａを示す。例えば軸方向に、あるいは、らせん状に溝を掘り、これを通気ダクト４とする。また、内筒８の下方より筒９ａを挿入できるように切り欠き１５を設けた。
【００２５】
図６、図７に筒９ｂを示す。下方に冷却ガス導入管１０、中央に切り欠き１５、上方の外表面にネジ部１４を設けた。
【００２６】
図８、図９に外筒フタ９ｃを示す。上部に冷却ガス排気管１１、内側にスペーサ１６とネジ部１４を設けた。本実施例によれば、具体的な構造が表示されているので、製作が容易である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の空気圧式駆動弁が削除できるので、セシウムを安定して導入できる。
【００２８】
即ち、リザーバタンクの外筒は熱伝導率の大きな材質で製作したので、外側のヒータからの熱を効率良く内筒へ伝えることができ、短時間でセシウムを飽和温度以上に昇温できる。また、外筒は通気ダクトを備えているので、加熱ヒータの電源を切り、冷却ガスを流入すれば、さらに短時間でセシウムを飽和温度以下に下げることができ、蒸気を遮断できる。
【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生成部の縦断面図である。
【図２】  本発明の一実施例のリザーバタンクの横断面図である。
【図３】  本発明の他の実施例のリザーバタンクの構造図である。
【図４】  本発明のリザーバタンクの内筒の横断面図である。
【図５】  本発明のリザーバタンクの内筒の縦断面図である。
【図６】  本発明のリザーバタンクの外筒の横断面図である。
【図７】  本発明のリザーバタンクの外筒の縦断面図である。
【図８】  本発明のリザーバタンクの外筒フタの縦断面図である。
【図９】  本発明のリザーバタンクの外筒フタの内側図である。
【符号の説明】
１：リザーバタンク、２：弁、３：セシウム導入管、４：通気ダクト、５：ヒータ、６：断熱材、７：イオン生成部、８：内筒、９：外筒、９a：筒a、９b：筒b、１０：冷却ガス導入管、１１：冷却ガス排気管、１３：配管、１４：ネジ部、１５：切り欠き、１６：スペーサ、１７：シール部、１０１a：セシウム液、１０１b：セシウム蒸気系統、１０２：冷却ガス系統
【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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