2018 Fiscal Year Research-status Report
Modeling of meniscus formed in negative-ion-rich plasmas and its application to negative ion beam acceleration
| Project/Area Number |
17K14903
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
|---|
Principal Investigator |
木崎 雅志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70598945)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 負イオン源 / ビーム光学 / シース / イオン性プラズマ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成 29 年度に様々な放電電力においてバイアス電圧を変化させてビーム幅を計測した結果、放電電力が大きくなるほど、ビーム幅が最小となる最適なバイアス電圧が高くなることが明らかになった。そこで、平成 30 年度は、この現象が、正イオン源において通常説明されるように放電電力が大きくなるとプラズマ密度が高くなるため、プラズマとビームの界面（メニスカス）の形状を最適化するためにプラズマ密度を制御するノブとしてバイアス電圧が作用した結果なのか、或いは負イオン源特有のもう一つの重要なパラメータである、プラズマ中の負電荷に占める電子と水素負イオンの割合にメニスカスの形状が依存し、これを制御するノブとしてバイアス電圧が作用した結果なのかを明らかにするため、プラズマ計測とビーム計測を同時に行った。
プラズマ計測では、静電プローブとキャビティーリングダウン法により、電子-負イオン比及び負イオン密度を計測した。ビーム計測では、1 次元炭素板にビームを照射し、背面における赤外画像を赤外線カメラで取得することでビーム幅の評価を行った。尚、ビームは多孔電極から引き出された多数のビームレットから構成されているが、多孔電極の一部をマスクすることで、単一のビームレットを解析できるようにした。様々なバイアス電圧において放電電力を変化させた結果、同じ放電電力でもバイアス電圧を低くすると、負イオン密度が高くなり、負電荷に占める電子の割合も増加することが明らかになった。一方で、ビーム幅との関係に着目すると、ビーム幅は電子-負イオン比に比べて負イオン密度により強く依存することが明らかになった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
負イオン源プラズマとビームの同時計測により、電子-負イオン比よりも負イオン密度がメニスカス形成及び負イオンビーム光学に重要な役割を果たすことを示唆する結果を得た。一方で、当初の研究計画で予定していた電子の極端に少ないプラズマにおけるシース長の計測が未だ実現していないため、遅れていると評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
1.小型テストチェンバーの構築とプラズマ生成
30 年度に小型テストチェンバーの構築を始めて、装置の主要要素は揃ったが未だプラズマの生成には至っていない。そこで、先ず小型テストチェンバーを完成させ、プラズマの生成を行う。
2.様々な放電条件におけるシース長の計測
本課題の主目的である、電子の極端に少ないプラズマにおけるシース長の計測を行う。平成 30 年度の成果により、ビーム光学には電子-負イオン比よりも負イオン密度の方がより影響を与える可能性を示唆する結果を得たが、ここではシース長を直接計測することにより電子-正イオンプラズマにおけるシース形成と負イオン-正イオンプラズマにおけるシース形成の違いを明らかにする。
3.計算コードの整備
1, 2と並行して、実験ではアクセスすることができない、シース形成に関わる詳細な物理過程を明らかにするために、粒子法に基づく計算コードを整備する。これについては、海外（Consorzio RFX）との共同研究を積極的に実施する。
|
| Causes of Carryover |
諸事情により、予定していた国際会議での発表等をキャンセルしたため、予定していた経費の執行ができず、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、平成 30 年度の成果の発表と国際共同研究の経費として使用する。
|
