2018 Fiscal Year Annual Research Report
高強度光キャビティと高エネルギー負イオンの光中性化セルの開発
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18H01197
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
安藤 晃 東北大学, 工学研究科, 教授 (90182998)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津守 克嘉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (50236949)
小室 淳史 東北大学, 工学研究科, 助教 (70733137)
高橋 和貴 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 / 光中性化セル / 負イオン源 / 中性粒子入射装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度である2018年度は，本研究課題の最大の課題である高強度レーザーを複数回反射可能な光キャビティの光学設計に関する検討を開始した．ここでは放物面鏡を対向させたキャビティの検討を行い，次年度以降の光中性化セルに関する実験を進めるために必要な研究基盤を構築した．また，PICシミュレーションによりガス中性化セルと光中性化セルを組み合わせたビーム解析を実施し，ガス中性化セルを通過後に光中性化を行うことで，ほぼすべてのビームを中性化することが可能であることを見出した．
また今後光中性化セルを評価するためには，収束負イオンビーム源の高性能化と安定動作を実現する必要がある．そこでこれまでに開発を進めてきた大型の高周波イオン源を用いて負イオンビーム引き出しを行い，ビーム収束性の向上や必要とされる電流値を得るためセシウムを添加し，フィルター磁場を変化させた際の動作特性について実験を行った．
また高周波水素負イオン源に関して，ITER-NBIとの共通課題として，ビームの収束性が向上しないという問題点がある．そこで高周波電位振動によるビーム発散の可能性が検討されつつあり，フィラメント水素プラズマ源を製作し，高周波電位を重畳することで，ビーム発散への高周波電位振動の効果を実験的に調べた．この実験はまず正イオンビームで行ったが，高周波電位振動によってビーム周辺に振動が誘起されることが観測され，ビーム引き出し部近傍の電位構造(メニスカス)の形状が振動しているためと考えられる．今後負イオンビームへの高周波電位振動の効果を明らかにすることで，高周波イオン源の高性能化と光中性化セル開発に大きく寄与する可能性を示した．
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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
当初計画していた光中性化セルの光学設計およびPICシミュレーションによるビーム解析を行い，おおむね順調に進展しているといえる．また高周波イオン源の高性能化に関する実験や，高周波電位振動の影響に関する基礎実験も並行して進めており，おおむね順調であるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は，光中性化セルの光キャビティのアライメント調整や反射回数の同定を進め，最終年度に高周波負イオン源下流へ設置し，動作実証実験を行う準備を進める．また，高周波負イオン源開発と高周波の影響に関しては，引き続き工学的開発と基礎実験を両立して進める．
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