2022 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, 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木崎 雅志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70598945) [Withdrawn]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, 准教授 (90442524)
神尾 修治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80705525) [Withdrawn]
波場 泰昭 日本大学, 生産工学部, 助手 (60908789)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2025-03-31
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| Keywords | 負イオンビーム集束性 / 高周波 / ペアプラズマ / シース界面 |
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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ている。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が、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実施している。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、高周波電磁場の影響を抑制できる可能性が示された。この結果は、2022年に開催された負イオン源の国際会議（NIBS2022）で報告した。また現在、成果の一部を特許出願準備中である。
令和４年度は、ハイブリッドイオン源の実験が可能となり、実験準備を進めた。具体的には、リファレンスとなる直流放電のビーム特性を調べる実験を行い、基礎データの取得ができた。今後は、高周波の影響を調べる実験に展開する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナ感染症対策のためドイツマックスプランク研究所で行う予定であった実験の一部を国内で行う方針に変更した。その実験プラットフォームとなる核融合科学研究所のNBTS装置の高周波イオン源対応の改造が導入機器の納期延長により実験の開始が遅れてた。そのため、本研究計画の実験が期間内に完了することが困難になった。研究期間の延長により対応する方針を申請し認められた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高周波放電方式と直流放電方式のハイブリッド負イオン源を用いた実験で、ビーム集束性に与える高周波の影響を明らかにする実験を行う。本研究で改良したFBM装置を用いて、高周波の周波数の10倍以上の時間分解能計測を行う。また、PPSAによるビームの位相空間構造計測を行い、高周波電磁場がビーム引き出し界面に与える影響を調べる実験を行う。また、シミュレーションのと比較を行い、ビーム引出し界面の高周波電磁場への応答に関係する粒子ダイナミクスを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
COVD19により変更した研究計画も実験関連部品調達の遅れから実験が当初予定通り実施できなかったため、本研究の実施期間を延長することを決めた。遅延しているハイブリッド負イオン源のビーム集束特性評価の実験を実施するため経費、及び成果発表のための旅費、出版費等の予算執行を予定している。
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[Presentation] Construction of a Filament-RF driven hybrid negative ion source at NIFS2022
Author(s)
Katsuyoshi Tsumori, Katsunori Ikeda, Haruhisa Nakano, Yasuhiko Takeiri, Kenji Saito, Engryht Rattanawongnara, Kenichi Nagaoka, Pierluigi Veltri, Werner Kraus, Stefan Briefi, Bernd Heinemann, Ursel Fantz, Masaki Osakabe
Organizer
The 8th International symposium on Negative Ions, Beams and Sources (NIBS’22)
Int'l Joint Research
