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Study of ion-ion plasma and plasma meniscus formation in the hydrogen negative ion source

Research Project

Project/Area Number 16J06182
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Plasma science
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

西岡 宗  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords負イオン源 / 核融合 / ビーム収束性 / 水素負イオン / ビーム引き出し過程 / イオン性プラズマ / ビームハロ / ビーム
Outline of Annual Research Achievements

現在、水素負イオン源は核融合プラズマ加熱装置、高エネルギー物理学用加速器、医療用加速器などで幅広く利用されている。この応用における共通の開発課題として、引き出し負イオンビームの電流密度および収束性の向上が挙げられる。近年、電流密度向上を目指し、イオン源ビーム引き出し孔近傍(引き出し領域)で水素負イオンを生成し、ビームとして引き出す、いわゆる表面生成型水素負イオン源の開発が進められてきた。このような水素負イオン源では、引き出し領域において水素正イオンと水素負イオンからなるイオン性プラズマ層 Ion-ion Plasma Layer: IPL が観測されている。しかしながら、IPLの形成機構は未解明である。また、IPLから引き出される水素負イオンビームの収束性は、IPLからの負イオン引き出し過程に大きく依存する。したがって、IPL形成機構の解明とIPLからの負イオン引き出し過程の解明は、負イオンビーム収束性の向上に対して必須の課題である。以上の背景を踏まえ、本研究では水素負イオン源引き出し領域を対象とした数値計算モデルを構築し、IPL形成機構の解明と、IPLからの負イオン引き出し過程の解明を目的とする。
今年度は、水素負イオンの引き出し過程とそのビーム収束性に対する影響を研究対象とした。実験では、イオン源内部から引き出される水素負イオンがビーム主成分を担うことが示されている。本研究では、表面生成水素負イオンと水素正イオン間のクーロン衝突を考慮することで、イオン源内部からの負イオン引き出しを再現することに成功した。さらに、内部から引き出された負イオンは、過収束することなく高い収束性を持つことが示され、実験におけるビーム収束性を定量的に比較することが可能となった。そのため、ビーム収束性向上にむけた負イオン源設計に応用可能な、実験再現性を有する数値計算モデルの開発に貢献した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] CERN(Switzerland)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] 欧州原子核研究機構(CERN)(スイス)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Max-Placnk-Institue fur Plasmaphysik(ドイツ)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] CNR-Nanotec_PLasMI lab(イタリア)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of Coulomb collision between surface produced H- ions and H+ ions on H- extraction mechanism and beam optics in a Cs-seeded H- ion source by 3D particle in cell model2018

    • Author(s)
      S.Nishioka ,S.Abe,K.Miyamoto,A.Fukano ,A.Hatayama
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 123 Issue: 6 Pages: 063302-063302

    • DOI

      10.1063/1.5004074

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study of ion-ion plasma formation in negative ion sources by a three-dimensional in real space and three-dimensional in velocity space particle in cell model2016

    • Author(s)
      S. Nishioka, I. Goto, K. Miyamoto, A. Hatayama, and A. Fukano
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 119 Issue: 2 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1063/1.4939467

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Integrated Modeling of the Beam Formation and Extraction in the Linac4 Hydrogen Negative Ion Source2017

    • Author(s)
      Nishioka, S., Abe, S., Mattei, S., Lallement., J. B., Kalvas, T., Hatayama, A., Lettry, J.
    • Organizer
      17th International Conference on Ion Sources
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水素負イオン源におけるビームハロ形成機構に関する研究2016

    • Author(s)
      西岡 宗、阿部 祥太、宮本 賢治、深野 あづさ、畑山 明聖
    • Organizer
      プラズマ核融合学会 第33回年会
    • Place of Presentation
      東北大学青葉山キャンパス(宮城県・仙台)
    • Year and Date
      2016-11-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Code-to-Code Benchmark Test for 3D Kinetic Particle Code of Extraction Region in Negative Ion Sources2016

    • Author(s)
      S. Nishioka, S. Mochalskyy, F. Taccogna, A. Hatayama, U. Fantz and P. Menelli
    • Organizer
      Welcome to the 5th International Symposiumon Negative Ions, Beams and Sources (NIBS'16) The 5th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • Place of Presentation
      Oxford (UK)
    • Year and Date
      2016-09-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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