2023 Fiscal Year Research-status Report
Control of negative ion beam focusing and identification of origins of multiple velocity distribution components within a negative ion beam
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22K14023
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| Research Institution | Nagoya Keizai University |
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Principal Investigator |
波場 泰昭 名古屋経済大学, 経営学部, 准教授 (60908789)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 負イオンビーム / ビーム集束性 / 位相空間構造 / 速度分布関数 / 核融合発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来の核融合発電実用化に向けて、セシウム添加型水素負イオン源から引き出された水素負イオンビームの集束性を改善させることが喫緊の課題となっている。本研究では、核融合科学研究所の研究開発用負イオン源（NIFS-RNIS）から引き出された負イオンビームの径方向速度分布関数および径方向位相空間構造を実験的に評価することで、負イオンビーム特有の集束性に関する新たな知見を見出した。2022年度は、径方向速度分布関数の全貌を実験的に明らかにすることに、世界に先駆けて成功した。この結果をまとめた論文は、科学誌AIP Advancesに投稿され、Featured Articleに選出された。2023年度は、ビーム計測により実験的に取得された離散的な位相空間構造に対して、三つの異なる楕円形状分布の重ね合わせとして再構成が可能であることを実証した。各成分はビームハロー成分ではなく、高い集束性を有するビームコア成分である。しかしながら、各成分は、位相空間上で特徴的な配置と含有率を示す。ビーム引出孔中心の近傍に位置する速度分布成分は、集束性が最も高く、含有率が20%程度に留まる。当該成分を取り囲むように、二つの速度分布成分が位置する。特筆すべきことに、二成分は集束性と含有率（各々40%程度）に関して、極めて高い類似性を有する。この知見は、本研究課題の遂行により、初めて見出されたものである。本研究で用いたセシウム添加型直流アーク放電方式水素負イオン源とITERで採用されているセシウム添加型高周波放電方式水素負イオン源とを比較した場合、後者のビーム集束性は3倍程度低いことが先行研究で報告されている。本研究で提示したビーム径方向速度分布関数と径方向位相空間構造の評価手法を用いて、双方のビーム集束性を比較することは、セシウム添加型水素負イオン源から引き出されたビーム集束性に関する重要な研究課題の一つとなる。
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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
本研究課題に関して、査読付き学術論文の主著として、これまでに二篇を出版した。いずれも独自に数理モデリングとデータ評価手法を提示したものであり、本研究は三年間の実施計画に基づきおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
セシウム添加型水素負イオン源から1MeV級のビームを引き出した場合、100keV級のビームに対して集束性が改善されると楽観視されている。しかしながら、本研究課題でこれまでに見出した知見は、セシウム添加による表面生成を起源とする負イオンのビーム集束性がプラズマ電極の幾何構造や多段加速電極の静電レンズ効果に対して極めて敏感であることを示唆している。今後、セシウム添加型水素負イオンビームの集束性評価を行うために、単一速度分布成分を仮定したビーム発散角を用いることに対する限界を指摘する。
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| Causes of Carryover |
2023年8月末、代表者は日本大学生産工学部から名古屋経済大学経営学部に転職することに至った。これに伴い、10kV級の高圧電源を購入する計画を修正したため、次年度使用額が生じた。
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