| 研究分担者 |
BACAL M. パリ工科大学, イオン媒質研究所, 主任研究員
HOLMES A.J.T カラム研究所, AEA技術部, 主任研究員
HISKES J.R ローレンスリバモアー研究所, 物理研究員
LEUNG K.N ローレンスバークレイ研究所, 物理研究員
熊沢 隆平 核融合科学研究所, 助手 (70109354)
武藤 敬 核融合科学研究所, 助教授 (90115949)
岡 良秀 核融合科学研究所, 助手 (30160659)
安藤 晃 核融合科学研究所, 助手 (90182998)
竹入 康彦 核融合科学研究所, 助手 (60179603)
金子 修 核融合科学研究所, 助教授 (00126848)
福政 修 山口大学, 工学部, 教授 (20026321)
佐野 史道 京都大学, ヘリオトロン核融合センター, 助教授 (70115856)
HOLMES A. カラム研究所, AEA技術部, 主任研究員
HISKES J.R. ローレンスリバモアー研究所, 物理研究員
LEUNG K.N. ローレレンスバークレイ研究所, 物理研究員
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| 研究概要 |
本国際学術研究の目的は1.大電流負イオン源の評価、2.負イオン方式中性粒子入射装置(NBI)システムの設計製作で必要とされるデ-タベ-ス構築、特に大電流水素負イオン源設計製作の為のデ-タベ-スの構築である。この目的を達成するため、現在世界諸国の研究所に於て開発研究されている種々の負イオン源の実験結果を調査し、核融合科学研究所に於ける開発実験結果をも含めて比較検討を行い、大型化、大電流化への設計指針となり得る共通のデ-タを抽出した。ここでは特に欧州(英国カラム研究所、フランス、パリイオン媒質研究所)と米国(ロ-レンスバ-クレイ研究所)を主に調査研究を行い、以下のような結果を得た。
1.大型大電流負イオン源設計のためのデ-タベ-ス:NBI用負イオン源の開発研究は、最近の体積生成方式イオン源の実験結果が性能、大型化等の観点から最有望視され開発の中心がバケット型体積生成負イオン源になった。さらに研究の進展に伴い、純粋な体積生成バケット負イオン源からセシウム添加の低仕事関数表面での負イオン生成を利用した複合型のバケット負イオン源へと開発が進んでいる。これら二つのイオン源についての最適化実験及び理論研究から設計指針となるデ-タベ-スが得られた。その既略は以下のようである。
(1)純粋体積生成負イオン源
イ.負イオン生成機構とモデル:ロ-レンスリバモア-のヒスケス博士等によって提案されたタンデムモデルが定性的にイオン源の動作特性を説明する。またプラズマパラメタ-の測定もこのモデルに予盾しない。とくに負イオン生成部の電子温度が≦1eVは必要条件である。したがって最適化はイオン源の動作条件即ち動作ガス圧,放電電流、電圧が実験に用いられた種々のイオン源に対して、生成プラズマがこれら条件を満足する点で達せられる。このプラズマパラメタ-の最適化された状態で負イオン電流はプラズマ密度に依存する。
ロ.イオン源設計パラメタ-:重要パラメタ-はフィルタ-磁場の強度と位置であり、カラム研究所での実験から、拡散モデルで理解できる。
ハ.引き出し部:負イオンの効果的な引き出しに関しては、引き出し孔径、引き出し電極のバイアス及び電子電流の抑制が問題である。引き出し孔径と負イオン電流はJa^<0.5〜0.7>=一定の経験則が得られ、引き出し電子電流とイオン電流比と孔径及びエミッタンスの関係が明らかにされている。引き出し部に於けるプラズマ電極のバイアンスについてはプラズマ電位と密接な関係があり、プラズマ電位に対し僅かに正の電位で最適化される。
ニ.電極材質:電極表面での負イオンや水素励起分子の生成が関与するため材質が問題であるが、低仕事関数の表面に於ける負イオンの生成効果を除いては明確な結果は今後の問題である。
(2)セシウム添加バッケトイオン源
イ.負イオン生成機構とモデル:日本原子力研究所でのセシウム添加バッケトイオン源の負イオン引き出しの成果によって、生成機構とモデルが研究された。セシウム被履の電極表面での水素原子の負イオン生成の寄与が大きいと考られている。セシウム、バリウムの被履低仕事関数表面の最適化条件(表面温度,タングステン等による汚染)のデ-タや元素、イオン種による生成率の検討結果を得た。
ロ、プラズマパラメタ-、バイアスの最適化は純体積生成と同じであるが、動作ガス圧は低くできる。その他のパラメ-タ-は今後の結果を待たねばらない
(3)定常運転負イオン源の為のRF負イオンやビ-ム加速に関するデ-タもカラム及びバ-クレイ研究所戸の共同研究で得ることができた。
2.イオン源の評価:以上の実験結果の整理分析からNBI用大電流負イオン源はセシウム添加バッケトイオン源が最も有望であると考えられる。
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