2014 Fiscal Year Research-status Report
高い信頼性を持つ負イオン源ビーム引き出しモデルの構築とその応用
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25820438
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| Research Institution | Tokushima Bunri University |
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Principal Investigator |
松本 新功 徳島文理大学, 人間生活学部, 講師 (50441598)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | イオン源 / 水素負イオン / プラズマ / 輸送 / 引き出し |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合実験炉の炉心プラズマ加熱において，水素負イオン源を用いた中性粒子入射加熱が用いられている．この方式による加熱能の向上が望まれているが，そのために，システムの中心となる負イオン源の性能向上が必須となる．装置改良の基礎知識として，イオン源内に生成されるプラズマの理解が必要である．特にビーム粒子である水素負イオンの生成と，イオン源からの負イオン引き出しに関わる，イオン源プラズマ中の電子密度分布および，プラズマの空間電位構造が重要な研究対象となる．
現在， Particle-In-Cell(PIC)法を用いた計算研究により上記の調査が精力的に行われている．しかしながら，イオン源研究に関しては，同手法の十分な信憑性の検証が行われた上で利用がなされているとは言い難い．本研究では実イオン源におけるプラズマ計測データを比較対象として，同手法におけるモデリングの信憑性を評価するとともに，実験データを正しく再現しうる信頼性の高い計算モデルの構築を目指す．なお計算コードのモデリングは実験や装置データを取得しやすい小型イオン源に対して行い，磁場等，実イオン源の装置条件を可能な限り正確にモデルへと反映している．
平成２６年度は，２５年度に作成したコードによる計算結果を実験データと比較しつつ，修正を行った．結果，（１）得られる電子密度の空間分布は実験事実に比べて大きな密度勾配を持ち，無視できない差異が生じる事が分かった．つまり，同手法ではイオン源内の電子輸送を正しく評価できていない可能性がある．（２）プラズマ電位の空間分布に関しては，実験データに近い空間的特徴を持つ計算結果を得ることができる．一方で，電位の絶対値が１０－１００V程度となり，２－３V程度である実イオン源での値よりも大きい傾向が見られる．これは同手法を用いた先行研究にも見られる傾向である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
先行研究に近い特徴を持つ計算結果を得る事はできているが，電子密度分布等，一部の実験データを正しく再現できているとは言い難い状況にある．よって，計算コードの修正を引き続き行う必要がある．
一方で上記の問題は，PIC法がイオン源内の電子輸送を正しく評価できていない可能性を示唆するものでもあり，新たな重要度の高い知見に繋がる可能性がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
H２７年度は上記，（１）電子密度分布と（２）電位の絶対値に関する２つの問題に，まずは対処する必要がある．
特定の領域に対して電子が集中しやすい傾向を確認しており，これが（１）の問題が生じる要因となっている．計算領域には磁場が存在しており，上記の傾向は，実イオン源に比べて，磁場による電子の捕捉が過度に生じていることを示唆している．したがって，電子の粒子間衝突項を見直して修正することで，磁場を横切る電子拡散が促されて，密度分布の再現性が改善すると考えられる．
（２）の問題に関して，電位の絶対値はプラズマ中の荷電粒子密度に比例して増加する．（１）の通り，現状のコードでは電子密度が実イオン源より高くなる領域ができてしまい，これが望ましくない電位上昇へとつながっている可能性が高い．ゆえに（１）の問題を改善して電子密度の過度な集中を抑えれば，極端な電位上昇も同時に緩和されると考えられる．
以上の実験データへの再現性を改善した後，電極構造を変えて，最適な装置条件の調査を行う．
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| Causes of Carryover |
比較的少額の未使用額が生じた理由は，主にネットワーク機器の市場価格変動に伴う，予定額に対する差額である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ネットワーク等のケーブル購入に使用し，計算環境をより効率的にして，研究の促進を図る予定である．
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Research Products
(1 results)
