ホール加速を利用した大電流イオン源の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11558055
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 安藤 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90182998)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹入 康彦 東北大学, 核融合科学研究所, 助教授 (60179603) ; 服部 邦彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90261578) ; 犬竹 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023738)
• Keywords: ホール加速 / イオン源 / 低電圧 / 大電流 / 空間電荷制限

Research Abstract

本研究の目的は、プラズマ・核融合研究における小型のプラズマ閉じ込め実験研究において簡便に中性粒子入射法を利用可能とするため、ホール加速機構を利用した低電圧大電流ビーム源の開発を行い、これを用いた中性粒子入射装置を開発することである。
従来用いられている静電加速型イオン源では、空間電荷制限効果により引き出し電流値に限界があり、低電圧で大電流のイオンビームを作り出すことが困難であった。一方で、最近、宇宙航行用電気推進機として注目されているホール加速機におけるホール加速方式によれば、荷電粒子は空間電荷制限効果によるビーム電流の制限を受けないため、低電圧で大電流のビームを作り出すことが可能である。
本年度は、本研究によって製作された同軸型ホール加速機の実験を行い、アルゴンイオンビームの引き出し実験を行った。ビーム電流測定、ビームの空間分布測定などを行い、最適な動作条件を明らかにした。その結果、ビーム加速電圧とビーム電流が独立に制御可能なことを見いだし、ビームエネルギーが約90Vで、引き出された電流値約1A、ビーム電流密度約40mA/cm^2という値を得ることができた。これは従来の空間電荷制限電流値の約5000倍の値であり、本方式がいかに画期的であるかを示す結果が得られた。

Research Products

• [Publications] 鷺 雪子: "ホール加速型プラズマ源の基礎特性"宇宙輸送シンポジウム. H13・1(印刷中). (2002)
• [Publications] 鷺 雪子: "大型化を目指したホール加速機の初期実験"宇宙輸送シンポジウム. H12・1. 279-282 (2001)
• [Publications] 戸張博之: "可視光トモグラフィによる高速プラズマ流計測"電気学会・プラズマ研究会資料. PST-01-44. 35-40 (2001)
• [Publications] H.Tobari: "Anomalous Ion Heating near the Muzzle of an Axially-Magnetized MPD Accelerator"Proc. of 25th int. Conf. on Phenomena In Ionized Gases(2001, Nagoya). 2. 193-194 (2001)
• [Publications] A.Ando: "Mach Probe Characteristics in a High-Mach-Number Plasma Flow"Proc. of 25th Int. Conf. on Phenomena In Ionized Gases(2001, Nagoya). 2. 195-196 (2001)