2020 Fiscal Year Research-status Report
Beam extraction boundary physics and control of particle dynamics for steady state negative ion sources
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18KK0080
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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) |
宮本 賢治 鳴門教育大学, 大学院学校教育研究科, 准教授 (00532996)
木崎 雅志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70598945) [Withdrawn]
高橋 和貴 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)
中野 治久 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90442524)
神尾 修治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80705525)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 負イオンビーム / 負イオン源 / ビーム集束性 / RFプラズマ / ビーム引き出し界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高性能負イオンビームの開発研究は、磁場閉じ込め核融合研究や大型加速器実験の進展を支える重要な基盤技術として、大電力化、定常化が進められてきた。本研究では、間近に迫る国際熱核融合実験炉（ITER）計画を進めるうえで、急務の課題となっているビーム光学設計の最適化のための課題解決を目指し、マックスプランク研（ドイツ）で試験が開始されているITER用高周波負イオン源に、日本（核融合研）で開発されているビーム引出領域の負イオン挙動計測と負イオンビーム引出界面の密度分布計測を実施する予定であった。
COVID-19により予定を変更に核融合科学研究所のNBI－TSを使って、ITER用負イオン源の高周波を模擬する実験を行った。直流アーク放電で主プラズマを生成し、ビーム引き出し界面近傍にビーム発散角に最も影響を及ぼすことが予想されるビーム軸方向に高周波電場をかけるアンテナを開発し、摂動的に高周波電磁場を印加することにより、ビームの集束性に与える影響を評価した。その結果、負イオンビーム引き出し領域の高周波電磁場は、負イオンビームの集束性に影響を与えることが分かった。さらに、パービアンス最適化条件（ビームが集束性が最もよくなる電流と引き出し電圧の関係）では、高周波電磁場の影響を抑制できる可能性が示された。
これらの実験結果は、高周波負イオン源の負イオンビーム集束性の問題点を克服するヒントを与えるものであり、今後詳細な実験検証を進める予定である。
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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
マックスプランク研究所での実験ができない状況であるが、国内の装置を使った実験計画に切り替えて、実験の成果を上げることができた。また、モデリングや粒子シミュレーションの研究も着実に進展しており、総じて、概ね順調と判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
COVID-19の状況は、改善されることが見込まれているが、マックスプランク研究所の実験スケジュールが大幅に遅れていることもあり、マックスプランク研究所での実験予定については、やや不透明である。一方で、ITER-IOと核融合科学研究所が核融合研で高周波負イオン源のビーム集束性の共同研究を開始することが決定し、2021年度内に高周波放電の実験が開始される予定である。これが軌道に乗るとマックスプランク研究所で予定している実験と同じことが核融合科学研究所でもできるようになる可能性があり、本研究計画にオプションが増える見込みである。これらの状況を見ながら最適な実験計画を柔軟に検討し、高周波電磁場が負イオンビーム集束性に与える影響について、決着をつけることを目指す。
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| Causes of Carryover |
ドイツマックスプランク研究所で実施予定の共同研究が延期となっているため次年度への繰り越しが生じている。COVID-19の問題が収束すれば、遅れている共同研究を実施できる見込みである。もし渡航が難しい状況が続いた場合には、国内で実験を行うための経費として執行予定である。
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[Presentation] Different characteristics of plasma meniscus formation between positive and negative beam extraction2020
Author(s)
K. Nagaoka, Y. Haba, M. Kisaki, K. Takahashi, A. Ando, J. Slief, R. Nakamoto, H. Nakano, K. Tsumori, K. Ikeda, K. Miyamoto, Y. Fujiwara, S. Masaki, E. Rattanawongnara, M. Osakabe
Organizer
The 7th International symposium on Negative Ions, Beams and Sources (NIBS’20)
Int'l Joint Research
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