2019 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, 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 / 負イオン源 / メニスカス / ペアイオンプラズマ / ビーム集束性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高エネルギー領域でも電荷交換反応が利用できる負イオンビームのビーム集束性改善を目指した研究を行った。本研究の主な成果は、負イオンビーム引き出し界面であるメニスカスに起因する負イオンビーム集束特性を劣化させる２つの物理過程を実験的に明らかにした点にある。
一つ目は、メニスカスの振動に伴うビーム発散角の応答である。ITER用RF負イオン源は、そのRF電磁場に起因する大きなプラズマ変動が存在する。このようなプラズマの振動現象やRF電磁にメニスカスが応答することで、ビームの集束特性の劣化が懸念された。初めの実験は、リファレンスとして、東北大学の直流アーク正イオン源にRFを重畳する実験が行われた。この実験では、ビームのコア領域の集束性は変化せず、ハロー成分のみの応答が観測された。引き続いて核融合研の負イオン源で行われた実験では、コア領域のビーム発散角及び、ビーム軸も変動することが明らかとなった。この結果は、メニスカス振動が負イオンビームの集束性を劣化させるメカニズムになりえることを示した点と、メニスカス形成過程が負イオン源と正イオン源で異なることを明らかにした点が重要である。
２つ目は、単一孔から引き出されるビームレットの位相空間構図を実験観測し、負イオンビームレットは、３つのガウスビーム成分の重ね合わせから構成されることの発見である。この３成分の振る舞い詳細に調べた結果、３つのガウスビームの発散角だけでなく、ビーム軸の制御も全体のビーム集束性に大きく寄与することを指摘した。現行プロジェクトで稼働している負イオン源では、この２つの最適化が同時に達成できていることが分かったが、ITER用RF負イオン源での詳細な調査が必要であることが示された。
以上の成果は、４編の学術論文への発表、３件の国際会議発表（１件は、招待講演）、５件の国内学会発表（２件の発表賞受賞）として、国内外に報告された。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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