均一なプラズマを生成し、破損しにくく部分取り替えが可能なLaB6陰極の試作・開発

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[研究目的]陰極表面の温度の不均一な分布がプラズマパラメーター分布の均一化を阻害するため、陰極形状・支持・固定などの構造の最適化により、均一なプラズマを生成し、特殊な電源を必要とせず、破損しにくく、部分的に取り替え炉可能なLaB6陰極を試作・開発する。[研究(1)方法]直熱型LaB6陰極表面温度の均一化と加熱電流の低減化-LaB6陰極の中央部が電子放出に必要な1,500℃前後の時、端部は中央部より約200℃前後下がる。そのためこれまで全長2mm厚であった陰極を、その中心部(2mm厚)より縦横それぞれの方向の端から3分の1の位置より、端部(1.5mm厚)に向けて傾斜を付け薄くすることで、陰極表面温度の均一化を試みた。[研究(2)方法]直熱型LaB6陰極の分割化と、固定・支持・防熱構造の最適化による保守性の向上とLaB6陰極の破損低減-通常陰極両端部は圧着端子状に加工しMo台座にMoボルトで固定するが、大きな形状になりLaB6陰極中央部と固定部には400℃近くの急激な温度差が生じ破損しやすい。そのため12度のV字(凸)突起状の陰極端部と12度のV字(凹)溝を入れたMo台座を押しつけのみにより固定する(陰極端部とMo台座の接触部を非常に小さくすることができる)ことでもLaB6陰極端部と中央部との温度差の縮小化を試みた。[研究成果]研究(1)では、LaB6陰極中央部と端部との温度差が縦方向では従来の半分約100℃(横方向では約50℃前後)に押さえることができ、陰極表面温度が非常に均一化された。研究(2)では、LaB6陰極中央部と端部との温度差は200℃ほどに小さくすることが出来たが、陰極端部とMo台座の接触部が異常に加熱し確実な固定に、またLaB6陰極の加工に関しても予想より実際には難しく何回も試作し直すなど課題を残した。しかし研究(1)の中で、Mo台座とLaB6陰極端部の間にほどよい熱絶縁性のあるスペーサを挟み、適度に締め付けた接触抵抗を上手く使えば、研究(2)の代替案になる可能性があることがわかった。