2017 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of boundary structure of ionic pair plasma and development of high perfomance negative ion beam
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17H03002
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
永岡 賢一 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (20353443)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 和貴 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 負イオンビーム / ビーム位相空間構造 / ペッパーポットエミッタンスメータ / ファラデーカップアレイ / 非ガウスビーム成分 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
負イオンビームは、高エネルギー領域でも電荷交換反応が利用できるため、核融合研究、素粒子原子核実験、医療用加速器など現在の最先端科学技術を支える重要な技術であり、その高性能化は急務の課題である。近年、負イオンビーム生成には、『イオン性ペアイオンプラズマ』と呼ばれる特異なプラズマの寄与の重要性が示されたが、その電磁場への応答など基本的性質はほとんど解明されていない。本研究では、ビーム引出界面の電場応答特性を実験的に明らかにすることを目的に実験的な研究を行っている。
初年度となる平成29年度は、ビーム計測器の開発を行い、ペッパーポット方式によるビームの位相空間構造計測器を開発し、核融合科学研究所で稼働中の大型負イオン源試験装置NB-TSで、実際の負イオンビーム計測を実施した。負イオンビーム加速器には、負イオンと電子を分離するための磁場と磁場によるビーム軸ずれを補正する電場構造が負イオンビームの位相空間構造をゆがめることが危惧されていたが、実験的にこの位相区間構造のゆがみを計測することに成功した。また、その歪みは、ビーム光学条件に強く依存し、負イオンビームの収束条件が破れた時に顕著になることを初めて見出した。
負イオンビームを高時間分解能で計測するファラデーカップ方式のビーム計測器の開発にも成功し、本研究で必要な負イオンビームのビームレット特性を詳細に調べるための準備が大方整った。今後は、外部摂動印加と負イオンビーム応答計測の実験を行い、負イオンビーム引出界面形成のモデル開発に向けて実験研究を展開する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の初年度は、負イオンビーム計測器の開発は、十分に成果を挙げて、目標としていた負イオンビーム計測性能を十分に有する計測器を開発することに成功した。また負イオンビームの非ガウス成分の観測など、当初予定していなかった発見にも恵まれた。一方で、電磁場の摂動を与えるための高周波回路の設計、製作については、当初計画より若干遅れ気味であるが、2年目となる平成30年8月末ごろには、完了できると見込んでおり、9月以降の実験では、電磁場の摂動を与えた時の負イオンビーム特性を調べる実験が開始できる予定であり、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目となる平成30年度は、これまでに開発した計測器の性能評価に関する実験結果をまとめ、論文執筆を始める。また、ペッパーポットエミッタンスメータにより計測した負イオンビーム位相空間構造から数値計算によりビーム引出領域の密度分布を調べており、夏ごろまでには論文投稿する計画である。
また、電磁場の摂動を与えるための高周波回路の設計、製作、試験を進めるために小型プラズマ放電装置の立ち上げを実施する。これは、核融合科学研究所が所有する小型イオン源を用いた実験であり、アンテナ最適化、高周波負荷整合器試験、高周波トランスの性能試験などを実施する。これらの試験で、十分な性能を確認したのちに、大型負イオンビーム試験装置で、負イオンビーム引出界面付近に外部摂動として高周波電磁を印加し、負イオンビームの高性能計測により負イオンビームの応答を調べる実験を予定している。
平成31年には、これらの実験で必要なデータを得た後に、粒子運動の数値計算（PIC）等による解析を行い、負イオンビーム引出界面特性の解明とモデル化に取り組む計画である。
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