JPS58100397A - Plasma unit - Google Patents
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- JPS58100397A JPS58100397A JP56197733A JP19773381A JPS58100397A JP S58100397 A JPS58100397 A JP S58100397A JP 56197733 A JP56197733 A JP 56197733A JP 19773381 A JP19773381 A JP 19773381A JP S58100397 A JPS58100397 A JP S58100397A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は開放系磁場によるプラズマ閉じ込めを可能とす
るプラズマ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a plasma device that enables plasma confinement using an open magnetic field.
従来技術及び其の問題点
開放系磁場でプラズマを閉じ込める場合、プラズマの閉
じ込め時間を長くすることが被−合一で必費なことはよ
く知られているが、核−合一以外の用途に使用されるプ
ラズマ装置に於ても、閉じ込め時間を長くすればプラズ
マ発生装置の消費電力が少くて済み、プラズマの密度を
高くすることかで龜、更にプラズマを包囲する固体壁へ
の熱入力が軽減されるなど、大きな効果が得られる。Prior art and its problems It is well known that when plasma is confined in an open magnetic field, it is necessary to lengthen the plasma confinement time due to coalescence. In the plasma equipment used, the power consumption of the plasma generator can be reduced by increasing the confinement time, and by increasing the density of the plasma, the heat input to the solid wall surrounding the plasma can be reduced. Great effects can be obtained, such as reducing
開放系磁場によるプラズマ閉じ込めで閉じ込め時間を長
くする丸めには、開放端におけるプラギングが必要とさ
れる。このことは、九とえば、C8Gormaxano
:R+eduction or Losses
ゑn Op@n−FSndedMagn*tic’
I’raps;NuclaarFusioa、19(’
79)、8゜1085などの文献に記載されている。Plugging at the open end is required for rounding to increase the confinement time in plasma confinement with an open system magnetic field. This is true for example, C8 Gormaxano
:R+education or losses
En Op@n-FSndedMagn*tic'
I'raps; NuclaarFusioa, 19('
79), 8°1085, etc.
プラギングには高周波によるものと静電場によるものが
あり、静電場によるものには電極を用いる電極法と、タ
ンデムミラー形磁場による両極性電位閉じ込めがあり、
これらはいずれも研究途上にある。この電極法には、カ
スプ磁場のポイント及びラインカスプに陽極及び陽極か
らなる静電プラグを用いた電磁トラップがある。第1図
は電磁トラップの原理図で、文献T、J 、Dojan
、 B 、L 。There are two types of plugging: those using high frequency waves and those using electrostatic fields. Those using electrostatic fields include the electrode method using electrodes, and bipolar potential confinement using tandem mirror magnetic fields.
All of these are still under research. This electrode method includes an electromagnetic trap using an anode and an electrostatic plug consisting of an anode at the point and line cusp of the cusp magnetic field. Figure 1 shows the principle of an electromagnetic trap, and is based on the literature T, J, Dojan.
, B, L.
8−tanifiajd and J、M、ムmr
sen:Pjasma Pot*ntia/in
gJectr@5tattcajjy Pjugge
d Cu5p@ Mirrors:Th@Phyc
ic@of FJuids、1B(’ 75’) 、1
0.1383に掲載されえtのである。8-tanifiajd and J, M, mr.
sen:Pjasma Pot*ntia/in
gJectr@5tattcajjy Pjugge
d Cu5p@Mirrors:Th@Phyc
ic@of FJuids, 1B ('75'), 1
It was published in 0.1383.
図中の符号(1)は2個1組のコイルで2軸の會わりに
軸対称に捲かれ、カスプ磁場を形成する。(2)はポイ
ントカスプに配設され丸中空円筒状のl1ilfi、(
3)はポイントカスプに配設された中空円筒状の陰極、
(4)はラインカスプに配設された2個1組の環状のI
II砺、(5)はラインカスプに配設された2個1組の
Jlll状の一極である。この2個1組のコイル(1)
KMまれ九空聞及びコイル(1)の内部の空間には一つ
の図示されない真空容器が配設され、この真空容器には
プラズマとなるべき気体が充填され、陰極(3)の少な
くとも一方の陽極(2)の反対の側には図示されない電
子銃が配設され、この電子銃から射出され九竜子は、陽
極(3)及び陽1g (2)を貫通して図示されない真
空容器内部を運動し、充填された気体をイオン化してプ
ラズマが形成される0点線(6)は、プラズマの存在す
る空間の境界を示す0嫉極(3)及び陰極(5)の単位
を零、陽極(2)及び陽極s4)の電位をφムとじたと
き、2軸近傍の空間電位φは嬉2図に示す様に分布する
。プラズマの存在する空間の電位はφeで、0くφ6く
φムである。プラズマの存在する空間の両側には、陽[
(2)の内部に電位の山が形成され、電位の最も高い所
で電位はφ6+φiとなる。イオンの電価を2@、電子
の電荷を−Cとおいたとき、エネルギがzeφiより小
さいイオン及び運動エネルギがeφ。より小さい電子は
プラズマの存在する空間から磁場方向に脱出できず、イ
オンは矢印(7)に示す様に、電子は矢印(8)に示す
様に反射されてプラズマに戻される。すなわち、プラズ
マのイオン温度をTi#IK子温度をT、とすると龜、
φt >> kTl /Ze 、φ、>>kT、/e
、 −(1)とすることによシ、プラズマの開
放端におけるプラギングができ、閉じ込め時間を格RK
改善できることが、従来の電磁トラップの効果であり友
。The reference numeral (1) in the figure indicates a set of two coils, which are wound axially symmetrically in a biaxial manner to form a cusp magnetic field. (2) is a round hollow cylindrical l1ilfi arranged at the point cusp, (
3) is a hollow cylindrical cathode located at the point cusp;
(4) is a set of two annular I arranged on the line cusp.
II, (5) is a set of two Jll-shaped single poles arranged at the line cusp. These two coils (1)
A vacuum container (not shown) is arranged in the space inside the KM spacecraft and the coil (1), and this vacuum container is filled with gas to become plasma, and at least one of the anodes of the cathode (3) An electron gun (not shown) is installed on the opposite side of (2), and the Kuryuko emitted from this electron gun passes through the anode (3) and the anode 1g (2) and moves inside the vacuum container (not shown). , the zero dotted line (6), where plasma is formed by ionizing the filled gas, indicates the boundary of the space where the plasma exists. When the potentials of the anode s4 and the anode s4 are set to φ, the spatial potential φ near the two axes is distributed as shown in Figure 2. The potential of the space where the plasma exists is φe, which is 0×φ6×φum. On both sides of the space where plasma exists, positive [
A potential peak is formed inside (2), and the potential becomes φ6+φi at the highest potential point. When the electric charge of an ion is 2@ and the electric charge of an electron is -C, an ion whose energy is smaller than zeφi and a kinetic energy eφ. Smaller electrons cannot escape from the space where the plasma exists in the direction of the magnetic field, and ions are reflected back into the plasma as shown by arrow (7) and electrons are reflected as shown by arrow (8). That is, if the plasma ion temperature is Ti#IK temperature T, then
φt >> kTl /Ze, φ, >>kT, /e
, −(1) allows plugging at the open end of the plasma, and reduces the confinement time by RK
What can be improved is the effectiveness of conventional electromagnetic traps.
この電磁トラップにも1次の様な問題点かあっ九。1g
2図に示す如く、陽極(2)の内部に於て、空間電位は
蟻大φ1+φ。となるが、
Δφ=φム−(φi+φ。) ・・・(
2)で与えられる陽極電位と空間電位の差Δφは零にな
らず、Δφ〉0である。場が形成される原因は陽極の内
部に電子が捕獲されて電子群を形成し、このζ子評が作
る空間電荷により電場が形成されることである。4は2
軸からの距鴫ro関数であり、Δφ=Δφ(「)とあら
れすことがで龜る。電子群の作る電場の向龜を考慮して
、
11釦り<0 、 r>O
a。This electromagnetic trap also has a problem similar to the first order. 1g
As shown in Figure 2, the space potential inside the anode (2) is an ant-sized φ1+φ. However, Δφ=φmu−(φi+φ.) ...(
The difference Δφ between the anode potential and the space potential given in 2) does not become zero, and Δφ>0. The field is formed because electrons are captured inside the anode and form a group of electrons, and the space charge created by these ζ particles forms an electric field. 4 is 2
The distance from the axis is a ro function, and it is likely that Δφ = Δφ ( ). Considering the direction of the electric field created by the electron group, 11 buttons < 0, r > O a.
であることがわかる02軸上で電場のr成分は0である
から、Δφはr=Qで最大値Δφユ□。Since the r component of the electric field is 0 on the 02 axis, Δφ has a maximum value Δφ □ at r=Q.
Δφmax”Δφ(0)
をとる。従って陽極内で、Z軸上の電位は式(2)より
、 φi+φ。=φ□−Δφmaxとなる。φiと一〇
はプラズマの粒子数平衡等で定まるが、概 同様程度の
大きさで、φ五〜φ。であるから、Z軸上でφi〜φ。Δφmax"Δφ(0). Therefore, the potential on the Z axis within the anode is φi+φ.=φ□−Δφmax from equation (2). φi and 10 are determined by the balance of the number of particles in the plasma, etc. , approximately the same size, φ5 to φ. Therefore, φi to φ on the Z axis.
〜トφえ−ΔφtELIK)となる・電磁トラップに於
て社、Δφ01.xが非常に大きくなり、はとんどφム
に等しくなる結果、2軸上すなわち「=0で、
φi〜φe〜o、r=o ・・・(
3)となり1式(1)が成立しないことが知られている
。~Toφe−ΔφtELIK) In the electromagnetic trap, Δφ01. As a result, x becomes very large and almost equal to φm, so that on two axes, that is, at "=0, φi~φe~o, r=o...(
3), and it is known that equation (1) does not hold.
しかし、陽極内の大−分では式(1)が成立し1式(3
)は「の非常に小さい部分だけで成立するから電磁トラ
ップで紘静電プラグのプラズマ閉じ込め時間を増加させ
る効果は大Ivhが、r〜0で式(3)が成立する結果
静電プラグにロスアパーチャが形成され、これを通して
プラズマが漏れるために、プラズマ閉じ込め時間の増加
の効果が制限されてい友。However, in the large part inside the anode, equation (1) holds true, and equation 1 (3
) holds only for a very small portion of Ivh, so the effect of increasing the plasma confinement time of the Hiro electrostatic plug using an electromagnetic trap is large. The effectiveness of increasing plasma confinement time is limited because an aperture is formed through which the plasma leaks.
発明の目的
本発明はかかる事情に鑑みてなされたtので、その目的
とするととろ紘、ロスアパーチャのない静電プラグを提
供し、もって高温高密度のプラズマを長い時間閉じ込め
ることのできる開放系プラズマ装置を提供するにある。OBJECTS OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide an electrostatic plug without loss aperture, thereby creating an open system plasma that can confine high-temperature, high-density plasma for a long time. We are in the process of providing equipment.
発明のaS
本発明はプラズマを通9もしくはこれに接する磁力線と
まじわる陽極と、咳磁力線とまじわらずにこれを包囲す
る陽極と、該磁力線とまじわらずKll砺の内部空間に
延在する制御電極とで静電プラグを開放系磁場によるプ
ラズマ装置の静電プラグを形成して、ロスアパーチャが
なく、制御電極への電子流入が非常に少ない静電プラグ
を実現し−って目的を適威し九。aS of the invention The present invention consists of an anode that passes through the plasma or mixes with lines of magnetic force in contact therewith, an anode that surrounds it without mixing with the lines of magnetic force, and a control that extends into the internal space of Kll-Ko without mixing with the lines of magnetic force. By forming an electrostatic plug with an electrode in a plasma device using an open system magnetic field, we can achieve the purpose of realizing an electrostatic plug that has no loss aperture and has very little electron flow into the control electrode. Nine.
発明の実施例
#I3図は本発明の一実施例を示すプラズマ装置構成図
である。2制御組のコイル(1)はz@Oまわりに軸対
称に捲かれ、図示されない電源とと4K。Embodiment #I3 of the invention is a configuration diagram of a plasma apparatus showing an embodiment of the invention. The coils (1) of the 2 control groups are wound axially symmetrically around z@O, and the power supply (not shown) and 4K.
プラズマを収容する開放系磁場の一種のカスプ磁場を発
生するf7!&置を構成する。(4)はカスプ磁場の開
放端のひとつである一ラインカスプに配設された2個−
纏の環状の1111i、(5)はラインカスプに配設さ
れた211−組の環状の陰極で、ラインカスプに於て磁
場の方向と平行な零でない成分を有する電場を形成する
静電プラグを構成し、2制御組のコイル+1)に挾まれ
た空間及び骸コイル11)の内部の空間には1図示され
ない一つの真空容器が配設され。f7 generates a kind of cusp magnetic field in the open system magnetic field that accommodates the plasma! & Configure the location. (4) are two pieces arranged at one line cusp, which is one of the open ends of the cusp magnetic field.
The ring-shaped 1111i, (5) is a 211-pair of ring-shaped cathodes arranged at the line cusp, and constitutes an electrostatic plug that forms an electric field with a non-zero component parallel to the direction of the magnetic field at the line cusp. , a vacuum vessel (not shown) is disposed in the space between the two control sets of coils +1) and the space inside the skeleton coil 11).
咳真空容器にはプラズマの存在する空間の境界(6)を
定める図示されない第−壁が収容されている0プラズマ
の存在する空間の電位φ、は、第−壁の電位φ。で制御
される。すなわち諌箒−鐘とプラズマの間に存在するシ
ースを介するプラズマ電子及びイオンの伝導により、プ
ラズマと眩第−壁の電位差すなわちシース電圧φ、が定
まるから。The cough vacuum container accommodates a third wall (not shown) that defines the boundary (6) of the space where plasma exists. The potential φ of the space where plasma exists is the potential φ of the third wall. controlled by That is, the conduction of plasma electrons and ions through the sheath that exists between the bell and the plasma determines the potential difference between the plasma and the blind wall, that is, the sheath voltage φ.
す=φ。+φ、 ・・・(4)に
より、φpが定まる。嗜は磁場の開放端であるポイント
カスプに配設され九静電プラグで、後述の如く磁場の方
向と平行な零でない成分を有する電場を形成するもので
あυ、本実施例では二pのポーインドカスプの両方に使
用されている〇四は板状の陰極で、板の面が磁力線と―
直になるように配設され、プラズマの存在する空間を通
る磁力−及びプラズマの存在する空間に外接する磁力線
は全て陰極−と交わる。(9)は陽極で、11呻とプラ
ズマの間に配設され、プラズマの存在する空間を通る磁
力線及びプラズマの存在する空間に外接する磁力線とま
じわらずとれらを包囲する。 1llk Ii 鱒の上
記磁力線と交わらない部位には貫通孔が穿設され、鍍貫
通孔をt*iiと接することなく制御電極αυが貫通し
、該制御電IiaυはII [i 19)の内部空間に
延在する。S=φ. +φ, ...(4) determines φp. The plug is an electrostatic plug placed at the point cusp that is the open end of the magnetic field, and forms an electric field with a non-zero component parallel to the direction of the magnetic field, as described later. 〇4, which is used in both po-ind cusps, is a plate-shaped cathode, and the surface of the plate is connected to the lines of magnetic force.
The magnetic force passing through the space where the plasma exists and the lines of magnetic force circumscribing the space where the plasma exists all intersect with the cathode. (9) is an anode, which is disposed between 11 and the plasma, and surrounds both the magnetic lines of force passing through the space where the plasma exists and the lines of magnetic force circumscribing the space where the plasma exists. 1llk Ii A through hole is drilled in the part of the trout that does not intersect with the above magnetic field lines, and the control electrode αυ passes through the trout through hole without contacting t*ii, and the control electrode Iiaυ is connected to the internal space of II [i 19) extends to
84mは#l3allK示す夷總tso主*部o構成ト
作用を示すもやで、(→は静電プラグ構成図、(呻は空
間電位φ(r、x)の1依番を示す線図、(C)は空間
電位φ(t、 x )のr依存を示す線図である。陽極
(9)には電源αH4により電位φ亀が与えられ、制御
電II(Illに紘鍍装置e1により電位φ、が与えら
れ、塵lIa埴には電#UKより電位φkが与えられる
@各電位のmには、
φk<0<φg〈φ1 ・・・
(5)の関係が成立する。鱒はJI+鐘で接地されてお
)鍍纂−儲の内部にはシースQηを介してプラズマ−が
接触している0プラズ10存在する空間の電位φ、は、
式(4)から、−9=φ、である。各電位φa w d
l #φにの絶対値は静電プラグが有効に作用するよ
うに大きくとられているから、1φp l << Iφ
11 、 *、、*、−であるo(5)を参照して、
φk〈φ、くφ、くφ、 ・・・(6)
が成立する。陰極Qlには貫通孔a唾が穿設され、制御
電池Iは該貫通孔utt−咳陰極一と接触せずに貫通し
、陽極(9)の中空部CIIK蔦在する。84m is a haze showing the action of #l3allK, which shows the action of the main part o, (C) is a diagram showing the r dependence of the space potential φ(t, φ, is given, and the potential φk is given to the dust lIa by the electric potential #UK.@For each potential m, φk<0<φg<φ1...
The relationship (5) holds true. The trout is grounded with JI + bell) Plasma is in contact with the inside of the fish via the sheath Qη.The potential φ of the space where 0 plasma exists is φ,
From equation (4), -9=φ. Each potential φa w d
The absolute value of l#φ is set large so that the electrostatic plug works effectively, so 1φp l << Iφ
11. Referring to o(5), *, , *, -, φk〈φ, kuφ, kuφ, ...(6)
holds true. A through hole a is formed in the cathode Ql, and the control battery I passes through the through hole utt without contacting the cough cathode one, and extends through the hollow part CIIK of the anode (9).
かくして構成された第4図(a)K実施例を示した静電
プラグ00作用と・
発明の効果
を第4図(呻及び(C)を参照して説明すると、陽極の
中空部(至)には、電磁トラップのポイントカスプにお
ける静電プラグの陽極内部と同様、電子が捕獲されて電
子群を形成し、咳電子評が作る空間電荷により電場が形
成される0本発明における静電プラグが電磁トラップの
ポイントカスプにおける静電プラグと異なるところは1
本発明の静電プラグにおいては、陽極の中空部@IIK
形成され、4ろ電子群の密度線制御電極@ID電位φg
と陽極(9)の電位−1によって制御され、その結果陽
極の中空部(ilKおける空間電位φ(r、z) =φ
(’*”i)が制御されることで電磁トラップのポイン
トカスプにおける静電プラグの様に、(3)弐に示され
るようなr〜0における電位陣−の低下とそれによるロ
スアパーチャの形成線、本発明における静電プラグにお
いては害鳥に一避で龜る0鋏陽極の中空部(2)におけ
る空間電位−φ(「、町)線、鋏陽極の内面の半価をR
1とし、鋏制御電極はr=〜にあるとすれば。The electrostatic plug 00 shown in FIG. Similar to the inside of the anode of an electrostatic plug at the point cusp of an electromagnetic trap, electrons are captured to form an electron group, and an electric field is formed by the space charge created by the electrons. The point cusp of an electromagnetic trap differs from an electrostatic plug in 1.
In the electrostatic plug of the present invention, the hollow part of the anode @IIK
Density line control electrode of 4 electron groups @ID potential φg
and the potential of the anode (9) -1, so that the space potential in the hollow part of the anode (ilK) φ(r,z) = φ
By controlling ('*''i), like an electrostatic plug at the point cusp of an electromagnetic trap, (3) the potential field at r ~ 0 decreases as shown in 2, and a loss aperture is thereby formed. In the electrostatic plug according to the present invention, the space potential in the hollow part (2) of the scissor anode that easily attracts harmful birds -φ
1 and the scissors control electrode is at r=~.
である。ここでφ0はφ(r、sl)の最小値で1 W
Oにおける電位であり、φ0〉φ、の県件はIl#電
@Iが空間電位を制御で自るため0必lI!秦件である
。It is. Here, φ0 is the minimum value of φ(r, sl) and is 1 W
It is the potential at O, and the precondition of φ0>φ is 0 because Il#electric@I controls the space potential. This is a Qin matter.
空間電位分布φ(r、gl)はII4図(C)に示され
ている。The spatial potential distribution φ(r, gl) is shown in Figure II4 (C).
陽極の中空部(7)で、電場はr方向を向いているから
、電子群は2軸のまわりをドリフトしている0(1)弐
に示される電位分布の安定なことは、仮に電位分布が変
化しても、制御電極allの作用で電位分布が(7)式
に示されるものに戻ることでわかる◇(7)式が成立し
ているとき。In the hollow part (7) of the anode, the electric field is directed in the r direction, so the electron group drifts around two axes. Even if changes, the potential distribution returns to that shown in equation (7) due to the action of control electrode all.◇When equation (7) holds true.
φ(BIIl、 J ) =φ、
−+8)である0仮に、電子密度が増加すれば電場が
強くなり、φ(几g、匂)くφgとなる。この電位では
、電子線急速に制御電極に衝突し吸収されるから、(8
)式が成立するまで電子密度は減りつづけ、結局電位は
(8)式に戻る。ま九、仮に電子密度が減少すれば、φ
(Blgm ” 1 ) >φgとなり、電子は制御電
極に衝突できなくなる。電子密度はプラズマから供給さ
れる電子等によ)増加する傾向が強く、電子密度増加に
より、結局電位は(8)式に戻る0すなわち空間電位線
、制御電極の作用により、(7)式に示される分布に、
安定に保たれる。φ(BIIl, J) = φ,
-+8), if the electron density increases, the electric field will become stronger and become φg. At this potential, the electron beam rapidly collides with the control electrode and is absorbed, so (8
) The electron density continues to decrease until the equation (8) is established, and the potential eventually returns to the equation (8). Nine, if the electron density decreases, φ
(Blgm ” 1) > φg, and the electrons cannot collide with the control electrode.The electron density has a strong tendency to increase (due to electrons supplied from the plasma, etc.), and as the electron density increases, the potential eventually becomes Equation (8). Returning to 0, that is, due to the action of the space potential line and the control electrode, the distribution shown in equation (7)
kept stable.
次にプラズマα呻の存在する空間の電位−(r、x)=
φ°”(r、xl)を考える。プラズマ(110存在す
る空間では、電場は非常に弱いから、電位φ(「、す)
は一定と考えてよい。即ちφ(r、匂)=φ、である。Next, the potential of the space where plasma α exists - (r, x) =
Consider φ°''(r, xl).In a space where plasma (110) exists, the electric field is very weak, so the potential φ('',
can be considered to be constant. That is, φ(r, odor)=φ.
上述の如く、シース電圧φ、とφ、は等しい◎すなわち
、φ、=φ、である。シース電圧φ、は、プラズマを構
成するイオンと電子のラーマ中径の相異によって負の値
をとり、その大龜さは静電プラグの各電極に与える電位
の大きさ1φkl e dfle411にくらべて俸當
に小さい。すなわち。As described above, the sheath voltages φ and φ are equal◎, that is, φ,=φ. The sheath voltage φ takes a negative value due to the difference in the Rahma diameter of the ions and electrons that make up the plasma, and its magnitude is larger than the magnitude of the potential applied to each electrode of the electrostatic plug, 1φkl e dfle411. The salary is small. Namely.
1φp1(1φkl 、φ1.φ1 ・・・
(9)である0プラズマ−の存在する空間の電位分布φ
(’−”2> 4 *第4図(OK示されている0第4
11IC呻には、2軸上の電位φ(’@”)s陽極(9
)の内面に接し2軸に平行な直線上の電位φ(R,、l
)及び第一11鵠の内面KIiLZ軸に平行な直線上の
電位−(町、x)が示されている。φ0=φ(0,1,
)がφ(r、gl)の最小値であることから、全てのr
につ−て、1s2図に示される様なイオン及び電子の両
方についての電位障壁が形成されていて、陽極の中空l
1cJIJKはロスアパーチャが存在しない事がわかる
。プラズマ住・は第−IIaIIの内部に存在し、陽f
&の中空部(7)に形成されえ電子群とは隔離されてい
る0イオンはポテンシャル障壁(−(r、’z1)−φ
、dZによp反射され、電子はポテンシャル障壁φ、−
φkKよシ反射される。(1)に対応する関係、
φo−4p″>> kTi/Z6 、 φ、−φk>
> kT、/* ・06は、(9)が成立するから、
#易K11llできる0従って、プラズマの閉じ込め時
間を大幅に増加させることのできる開放系プラズマ装置
をl!楓で龜る。1φp1 (1φkl, φ1.φ1...
(9) Potential distribution φ in the space where 0 plasma exists
('-"2> 4 *Figure 4 (OK shown 0 4th
11 IC groaning has a potential φ('@”)s anode (9
) on a straight line that is in contact with the inner surface and parallel to the two axes φ(R,,l
) and the potential −(machi, x) on a straight line parallel to the inner surface KIiLZ axis of the first eleventh mouse are shown. φ0=φ(0, 1,
) is the minimum value of φ(r, gl), so all r
As shown in the 1s2 diagram, a potential barrier is formed for both ions and electrons, and the hollow lance of the anode is
It can be seen that 1cJIJK does not have a loss aperture. Plasma resides inside IIaII, positive f
The 0 ion, which is formed in the hollow part (7) of & and is isolated from the electron group, faces the potential barrier (-(r,'z1)-φ
, dZ, and the electron is reflected by the potential barrier φ, −
It is reflected by φkK. The relationship corresponding to (1), φo-4p''>> kTi/Z6, φ, -φk>
> kT, /* ・06 holds because (9) holds,
#Easy K11lll0 Therefore, an open system plasma device that can significantly increase the plasma confinement time is l! Clouded with maple.
次に本発明のプラズマ装置が、高温高密度のプラズマを
も閉じ込め得るという発明O効果を述べる0点−で示さ
れる境界(6)の内部に存在するプラズマaFjからは
、静電プラグ嗜に向ってイオンと電°子が射出される0
イアオンはポテンシャル障壁(−(r、gl)−φ、)
zによって、陽極の中空S(至)K達する前に反射され
てプラズマに戻る◇電子は、陽極の中空部(至)を貫通
して陰11Ql)の鍵に適し、ポテンシャル障壁φ9−
φkによって反射されて再度陽籠。Next, we will discuss the effect of the invention that the plasma device of the present invention can confine even high-temperature, high-density plasma.From the plasma aFj existing inside the boundary (6) indicated by the 0 point -, there is no direct contact with the electrostatic plug. 0 where ions and electrons are ejected
ion is a potential barrier (-(r, gl)-φ,)
z, the electrons are reflected back to the plasma before reaching the anode's hollow S(to)K.
It is reflected by φk and becomes a sun cage again.
の中空部(至)を貫通し4プラズマに戻ゐ@この電子の
運動は、電場の0方向の成分が実 上塔であるから磁力
線を「方向に横切ることはなく、プラズマから電子が射
出された点を、対称軸のまわりに回転してできる円を通
る磁力線で構成される磁束管の面上を這鋤する0この磁
束管は食て縞1壁の内面に接する磁束管(財)の内部に
?F在するから、プラズマから射出されプラグTに戻る
電子は、磁束管(2)の外IIK出ることはない。Penetrating the hollow part (end) and returning to the plasma @This movement of electrons does not cross the magnetic field lines in the ``direction'' because the zero-direction component of the electric field is actually a tower, and the electrons are ejected from the plasma. This point is drawn on the surface of a magnetic flux tube made up of lines of magnetic force that pass through a circle formed by rotating around the axis of symmetry. Since ?F exists inside, the electrons ejected from the plasma and returning to the plug T will not exit outside the magnetic flux tube (2).
一方、本発明に於て、−極alの貫通孔I囁及び諌貫通
孔a場を貫通する制御電極αυは磁束管・珍の外部に配
設されている。従って1貫通孔部にプラズマ電子が入る
ことによる制御電極aυと陰極a呻の間の絶縁破壊は無
いので電子とイオンのそれぞれに対し充分高いポテンシ
ャル障壁を作ってプラズマ閉じ込め時開を*tK長くで
自、更に、制御電fillへのプラズマ電子の流入がな
いから、高温高密度プラズマから多量の電子が静電プラ
グ(lK#1人しても1制御電41aBの温度上昇は少
く、高温高密度プラズマをも閉じ込めることができる〇
発明の他の実施例
本発明は開放系プラズマ装置に関す4ものである。実施
例ではカスプ磁場を用いたプラズマ装置について説明し
友が、磁場はカスプに限定せず、−故事なら本発明を適
用できること紘言うまでもなく1例えば一様磁場、tラ
ー磁場に適用してよい。またプラズマ装置の用途社限定
しない。例えば被融合炉、表面加工・処理 S*、イオ
ン源等のプラズマ電子置に適用で龜る。On the other hand, in the present invention, the control electrode αυ passing through the through-hole I and the through-hole a of the -pole al is disposed outside the magnetic flux tube. Therefore, since there is no dielectric breakdown between the control electrode aυ and the cathode a caused by plasma electrons entering the first through hole, a sufficiently high potential barrier is created for each of the electrons and ions, and the plasma confinement time can be extended by *tK. Furthermore, since there is no inflow of plasma electrons into the control voltage fill, a large amount of electrons from the high-temperature, high-density plasma are transferred to the electrostatic plug (lK#). Plasma can also be confined Other embodiments of the invention The present invention relates to an open system plasma device.In the embodiment, a plasma device using a cusp magnetic field will be explained. It goes without saying that the present invention can be applied to, for example, a uniform magnetic field, a t-ray magnetic field, etc. Also, the application of the plasma device is not limited. For example, a fusion reactor, surface processing/treatment, S*, ion It is difficult to apply it to plasma electronic devices such as sources.
第1図は電磁トラップの原理図、第2図は電磁トラップ
の2軸近傍の空間電位の分布を示す線図。
IIIE3図は本発明の一実施例を示す、プラズマ装置
構成図、第4図は第3図に示す実施例の主畳部の構成と
作用を示すもので、(→は静電プラグ構成図。
(b)は空間電位φ(r、g)の2依存を示す線図、(
C)は空間電位φ(r、x)のr依存を示す線図である
。
(り・・・コイル、 (2)、+4)、+9)・・・
陽極、(3)、(5)1呻・・・陰極、(6)・・・プ
ラズマの存在する空間の境界。
■・・・制御電極、 0・コニ静電プラグ、(is、
α4.(ハ)・・・電源、 aト・・第−壁、−・・・
プラズマ、 α−・・・貫通孔、(至)・・・陽極ω
)・・・の中空部。FIG. 1 is a diagram showing the principle of an electromagnetic trap, and FIG. 2 is a diagram showing the distribution of space potential near two axes of the electromagnetic trap. FIG. IIIE3 is a configuration diagram of a plasma device showing one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the configuration and function of the main mating section of the embodiment shown in FIG. 3. (→ is a configuration diagram of an electrostatic plug. (b) is a diagram showing the two-dimensional dependence of the space potential φ(r, g), (
C) is a diagram showing the dependence of space potential φ(r, x) on r. (ri...coil, (2), +4), +9)...
Anode, (3), (5) 1... Cathode, (6)... Boundary of space where plasma exists. ■...Control electrode, 0/Koni electrostatic plug, (is,
α4. (c)...power supply, ag...th wall, -...
Plasma, α−...through hole, (to)...anode ω
)... hollow part.
Claims (1)
ズマの存在する空間の電位を制御する手段と、該開放形
磁場の開放端に配設され砿磁場の方伺と平行な零でない
成分を有する電場を形成する静電プラグとを^偏するプ
ラズマ装置に於て。 前記静電プラグの少なくともひとつは、プラズマの存在
する空間を通る磁力線及びプラズマの存在する空間に外
接する磁力線とまじわる陰極と、咳鴎也とプラズマの関
に配設され一配磁力線のそれヤれをまじわらずに包−す
る陽極と、前記磁力−と交わらない陽極の部位に穿設さ
れた貫通孔と、皺貫通孔を陰極と接することなく貫通し
陽極の内部空間に延在する制御電極と、該制御電極より
低い電位を前記陽極に与える手段と、前記制御電極より
高め電位を前記陽極に与える手段とを具備することを特
徴とするプラズマ装置。[Scope of Claims] A device for generating an open magnetic field containing plasma, a means for controlling the electric potential of a space where the plasma exists, and a device disposed at the open end of the open magnetic field and parallel to the direction of the magnetic field. In a plasma device that polarizes an electrostatic plug that forms an electric field with a non-zero component. At least one of the electrostatic plugs has a cathode that intersects with magnetic lines of force passing through the space where the plasma exists and lines of magnetic force circumscribing the space where the plasma exists, and a cathode that is disposed between Kouya Kouya and the plasma so that one of the lines of magnetic force intersects with the line of magnetic force that circumscribes the space where the plasma exists. an anode that encloses the anode without being mixed with the magnetic force, a through hole drilled in a part of the anode that does not intersect with the magnetic force, and a control electrode that passes through the crease through hole without contacting the cathode and extends into the internal space of the anode. A plasma device comprising: a means for applying a lower potential to the anode than the control electrode; and a means for applying a higher potential to the anode than the control electrode.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56197733A JPS58100397A (en) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | Plasma unit |
US06/423,293 US4584160A (en) | 1981-09-30 | 1982-09-24 | Plasma devices |
DE8282109022T DE3268687D1 (en) | 1981-09-30 | 1982-09-29 | Plasma devices |
EP82109022A EP0075953B1 (en) | 1981-09-30 | 1982-09-29 | Plasma devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56197733A JPS58100397A (en) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | Plasma unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58100397A true JPS58100397A (en) | 1983-06-15 |
Family
ID=16379433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56197733A Pending JPS58100397A (en) | 1981-09-30 | 1981-12-10 | Plasma unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58100397A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63503167A (en) * | 1985-10-07 | 1988-11-17 | シガロフ ハガイ | Control signal generation |
-
1981
- 1981-12-10 JP JP56197733A patent/JPS58100397A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63503167A (en) * | 1985-10-07 | 1988-11-17 | シガロフ ハガイ | Control signal generation |
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