2023 Fiscal Year Annual Research Report
重水素負イオン源における同位体効果の物理メカニズムの理論的解明
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19K03783
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| Research Institution | Naruto University of Education |
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Principal Investigator |
宮本 賢治 鳴門教育大学, 大学院学校教育研究科, 教授 (00532996)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畑山 明聖 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 名誉教授 (10245607)
星野 一生 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50513222)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズマ / 核融合 / 加速器 / 重水素 / 負イオン源 / 数値シミュレーション / PIC法 / モンテカルロ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、実機核融合用負イオン源や医療用加速器での重水素負イオン源について同位体効果と呼ばれる、水素放電プラズマの場合と異なる物理特性のメカニズムの解明を図る。特に負イオンと同時に引き出される電子電流の増加については、プラズマ生成領域のプラズマ密度増加が原因である事が実験的に示唆された。しかし、なぜ重水素化することでプラズマ生成領域においてプラズマ密度が増加するのかは分かっていない。そこで本研究では電子輸送解析用の大規模な数値シミュレーション（KEIO-MARCコード）と、その支援として水素と重水素の原子・分子衝突過程を考慮した0次元モデルによる解析の両方で研究を進めてきた。
これまでのKEIO-MARCコードでの数値計算結果では、HからDへ変更した場合の電子密度の増加は13％程度と、実験で観測されている2～3倍に比べて非常にわずかな増加であった。このような大きな違いの原因のひとつとして、入力条件として与えている原子や分子の励起準位のポピュレーションの違いが考えられる。従来は、経験に基づいたポピュレーションを用いていたが、反応速度方程式をベースとした0次元モデルで得られるポピュレーションを反映させることで、同位体効果が顕著に現れる可能性がある。
今年度は0次元モデルで得られたポピュレーションをKEIO-MARCの入力に、逆に、KEIO-MARCで得られたEEDFを0次元モデルの入力とすることで、結果にどのような影響が現れるかを検討した。KEIO-MARCの入力として0次元モデルの結果を用いることで、HとDでの電子密度の差は広がった。現在のところ、KEIO-MARCと0次元モデルは統合されていないが、手動によるデータ交換を4回繰り返して解析を進めたところ、KEIO-MARCにおいても0次元モデルの先行研究と同様に、1.6倍の電子密度増加の結果を得ることができた。
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[Presentation] Simple 3D PIC Analysis for Beam Phase Space Oscillation in RF Driven Negative Hydrogen Ion Source2023
Author(s)
Takanori Shibata, Katsuhiro Shinto, Haruhisa Nakan, Kazuo Hoshino, Kenji Miyamoto, Kiyonori Ohkoshi, Kesao Nanmo, Kiyoshi Ikegami, Isao Kawai, Hidetomo Oguri, Motoi Wada
Organizer
20th International Conference on Ion Sources
Int'l Joint Research
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