2013 Fiscal Year Annual Research Report
水素負イオン源プラズマのモデリングと一様大面積負イオン生成・引き出しの物理
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24340146
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
畑山 明聖 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10245607)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 賢治 鳴門教育大学, その他の研究科, 准教授 (00532996)
深野 あづさ 東京都立産業技術高等専門学校, その他部局等, 教授 (90259838)
水野 貴敏 玉川大学, 工学部, 准教授 (80512459)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水素負イオン源 / プラズマ物理 / 電子エネルギー分布 / ビーム引き出し / PICモデル / ビームハロー / 表面生成 / メニスカス |
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| Research Abstract |
本研究では、大型水素負イオン源からの一様・大電流かつ収束性の良い負イオンビーム引き出しの実現にとって不可欠な以下の課題を、主に数値モデリングの立場から明らかにすることを目的としている：１．大型負イオン源における負イオン生成の空間的非一様性発現機構の解明、２．多量の負イオン存在下でのプラズマ電位構造・引き出し界面形成機構の解明
上記、目的に対して、今年度、主として以下の成果を得た。
1. 非一様性発現機構の解明：電子エネルギー分布関数(EEDF)解析コードを大型イオン源解析に適用し、イオン源内のEEDFおよび解離中性原子生成量の空間分布を計算した。さらに、電子温度・密度分布、水素励起原子からの発光線強度分布の解析結果と実験結果との比較を行った。その結果、負イオン表面生成分布の非一様性は、高エネルギー電子成分の空間分布の非一様性とそれに起因する水素原子の解離生成分布の非一様性に起因することが明らかになった。
2. 負性プラズマ電位構造・引き出し界面形成機構の解明：従来の実空間２次元速度空間３次元の運動論的粒子コード（2D3VPICコード）をベースに、実空間３次元解析可能な3D3VPICコードの開発をほぼ完了し、大型イオン源の引き出し領域の３次元モデル化に着手した。これにより、速度空間に加えて実空間においても３次元解析が可能となり、正イオン・電子・表面生成負イオンのダイナミックスと電極近傍の電位構造とを、実空間３次元、速度空間３次元で自己無撞着に計算することが可能となった。
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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
上記、本研究課題で設定した具体的達成目標
１．大型負イオン源における負イオン生成の空間的非一様性発現機構の解明
２．多量の負イオン存在下でのプラズマ電位構造・引き出し界面形成機構の解明
のいずれについても、上の「研究実績の概要」に記述したような成果を得ており、概ね順調に進展している。上記、１．解明のために開発してきたEEDF解析コードについては、実験との比較も進展し、信頼性が増している。国外を含む、いくつかの研究機関から同コードを使用したい要望が寄せられている。さらに、昨年９月には外国人研究者８人が参加する水素負イオン源のモデリングに関する国際研究集会を開催し、研究成果を発表し、意見交換を行った。この国際研究集会によって、外国人研究者との連携がより強固なものになってきており、また、3D3VPICコードのベンチマークテスト実施など、負イオン源モデリングの国際的研究活動の活発化にも寄与している。
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| Strategy for Future Research Activity |
上で述べたように計画は概ね順調に進展していると考えられる。今後も、申請書の計画に従い水素負イオン源プラズマのモデリングを進め、本研究課題で設定した具体的達成目標の実現に向けて努力する。とくに今年度は、達成目標の「１．大型負イオン源における負イオン生成の空間的非一様性発現機構の解明」については、成果の系統的なまとめに重点を置く。達成目標の「２．多量の負イオン存在下でのプラズマ電位構造・引き出し界面形成機構の解明」については、上半期3D3VPICコードによる正・負ダブルイオンプラズマの理解に重点を置き、下半期、前年度までの２次元解析との比較を含め、全体の系統的なまとめを行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
１）国際会議のための海外出張費、及び、２）海外共同研究者との情報交換ための海外出張費について、変更が生じたため。
上記、変更に対応し、本年度以下の２項目に関して支出予定である：１）国際シンポジウムのための海外出張費（Symposium on Negative Ions, Beams and Sources:１０月６日‐１０日開催予定)、及び、２）昨年９月に開催した負イオン源プラズマモデリングに関する国際研究集会参加者の研究機関[欧州原子核研究機構（CERN)、ドイツマックスプランク研究所（IPP)を予定]を直接個別に訪問し、情報交換を行い、さらなる連携強化を図るとともに、研究集会で立ち上げた負イオン引き出し３次元モデリングに関するベンチマーク活動継続のための打ち合わせを行う。
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[Presentation] Modeling of Neutrals in the Linac4 H- Ion Source Plasma; Hydrogen Atom Production Density Profile and Hα Intensity by CR Model,2013
Author(s)
Yamamoto, T. Shibata,M. Ohta, M. Yasumoto, K. Nishida, A. Hatayama, S. Mattei, J. Lettry, K. Sawada and U. Fantz,
Organizer
15th International Conference on Ion Sources
Place of Presentation
Chiba, Japan
Year and Date
20130908-20130913
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