2023 Fiscal Year Final Research Report
Theoretical study of the physical mechanism of isotope effects in deuterium negative ion sources
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19K03783
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
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| Research Institution | Naruto University of Education |
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Principal Investigator |
Kenji Miyamoto 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 Final Research Achievements |
In this study, the cause of the increase in electron current, which is one of the isotope effects in a deuterium negative ion source, was investigated using both an analysis with a zero-dimensional model that takes into account the atomic and molecular collision processes between hydrogen and deuterium, and a numerical simulation for electron transport analysis (KEIO-MARC code).
First, for the zero-dimensional model, the results shows that the plasma density is approximately 1.7 times higher for deuterium due to differences in the effective reaction rate coefficients for ionization of hydrogen and deuterium and the transport loss time constant of positive ions. Similar results are also obtained with the KEIO-MARC code. From the above, it is made clear that the increase in electron current due to deuteration is caused by differences in the effective reaction rate coefficients for ionization and the effective confinement time of positive ions.
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| Free Research Field |
プラズマ理工学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究を通して得られた知見は、世界の次世代エネルギーとして有望である核融合発電の実現へ貢献できると期待される。さらに、次世代のがん治療法であるBNCT等で用いられる医療用加速器の開発への貢献が期待できる。
また本研究では、負イオン源に形成されるイオン性プラズマの界面構造、荷電粒子の輸送過程、電磁場応答性等の解析を行う。そのため学術的には、非相対論に限られるが、宇宙の電子・陽電子プラズマの静電波動の伝搬や輸送過程の理解に大きな進展をもたらすと期待される。すなわち実験室プラズマ研究から宇宙プラズマ研究への新たな貢献という観点から、プラズマ物理の新領域の開拓が期待される。
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