2020 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) |
石 禎浩 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (00525834)
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 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 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 |
核融合プラズマの主要な加熱手法として中性粒子入射装置（NBI）の高性能化を進めている。NBIは、水素/重水素負イオンを生成、加速、中性化後に入射する手法であるが、核融合実現にとって現状のガス中性化効率60%は不十分で、この効率が約95％となる光中性化方式を取り入れたNBI装置の開発が急がれている。この光中性化を用いた方式を実現するため、本研究では高強度のレーザー光をビームに対して定常的に照射する多重化反射構造をもった光キャビティ構造を有した中性化セルの開発を進めた。研究期間において、光中性化セルについて計算機コードを開発すると共に、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行った。
まず、中性化セル中を高速ビームが通過する際、ガスが電離しプラズマ（ビームプラズマ）が生成する効果を取り入れたPICシミュレーションコードを開発した。このコードを用いること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。特にこのビームプラズマ内ではビーム自身の自己電荷による発散が抑制され、逆に集束効果をもたらす条件について詳細な検討を行うことが出来た。これは、光中性化セルを実現していく際に課題となるビーム発散を抑制する手法を見い出した成果であり、極めて重要な知見である。
このコード開発と同時に、光中性化セルに関する光学設計と負イオンビームを用いた実験を進めた。異径双曲面鏡を対向させたキャビティの検討を行い，ビーム強度分布計測法の開発と、光中性化セルによる中性化効率を検証するための負イオン源開発も進め、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、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成果を得た．
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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