2022 Fiscal Year Final Research Report

Cs-free high beam current density hydrogen negative ion source using nanoporous electrides

Research Project

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Project/Area Number	19H01883
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	Nakano Haruhisa 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90442524)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	笹尾真実子同志社大学, 研究開発推進機構, 研究員 (00144171) 安藤晃東北大学, 工学研究科, 教授 (90182998) 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)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	負イオン源 / C12A7エレクトライド / 表面生成 / Csフリー水素負イオン源 / 中性粒子ビーム入射装置
Outline of Final Research Achievements	The feasibility of a cesium-free negative hydrogen ion source using C12A7 electride with a low work function was conducted. Approximately 14 times higher negative hydrogen ion beam current was observed in the Compact ECR ion source (30 W discharge power) using C12A7 electride compared to molybdenum. The negative ion production effect of C12A7 electride was also confirmed in a higher power 1.2 kW inductively coupled discharge. The work function decreased when C12A7 electride was exposed to hydrogen plasma with a positive bias. Calculations based on the two-collision model indicate that the negative ions were mainly produced by backscattering (reflection) processes on the C12A7 surface, and the energy spectra were in good agreement with the experimental results.
Free Research Field	プラズマ科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	C12A7エレクトライドは化学合成・分解・触媒や電子源としての開発研究や性能評価が行われていたが、本研究では水素負イオン生成面として着目したものである。C12A7エレクトライドは水素雰囲気中で仕事関数が増加する性質を持つ一方、水素プラズマ曝露により仕事関数が減少することも示した。セシウムフリー水素負負イオン源は大型加速器やホウ素中性子捕捉療法等の医療用加速器にも応用できるものであり、本研究を基にした研究の発展は社会的インパクトを与えるものである。