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負イオン源プラズマの基礎過程の解明

研究課題

研究課題/領域番号 14380215
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 プラズマ理工学
研究機関同志社大学

研究代表者

和田 元  同志社大学, 工学部, 教授 (30201263)

研究分担者 粕谷 俊郎  同志社大学, 工学部, 助教授 (50221875)
西浦 正樹  自然科学研究機構, 核融合科学研究所, 助手 (60360616)
笹尾 真実子  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00144171)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
2004年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2003年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2002年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
キーワード負イオン / プラズマ計測 / プラズマ-表面相互作用 / 分光計測 / 原子・分子素過程 / モデリング / 光脱離 / 飛行時間差測定 / 水素負イオン / 速度分布関数 / VUV分光 / PIC / 仕事関数 / プラズマ加熱 / ラングミュアプローブ / 飛行時間差法 / イオン源 / 原子・分子衝突 / イオン音波 / エネルギー分布関数 / 振動励起
研究概要

当初プラズマ-表面反応に起因する負イオン生成に着目し,イオン源内壁の仕事関数や表面での脱励起率に強く影響を受ける励起分子の状態分布に着目して研究を展開した.その結果,仕事関数やタングステン付着率などの表面パラメータのみでデータ整理を行っても,再現性の良い実験結果が得られないことが分かった.また,予測されていたCs混入に伴う負イオン引き出し量の増大は,負イオン密度自体の増加に起因するものでないことも判明し,研究開始時に予測されていたような体積-表面ハイブリッド効果の帰結では無いことが判明した.そこで負イオンプラズマ計測の電子の速度分布関数を直接計測できる計測手法,各位置からの引き出し負イオン電流への寄与を評価できるパルスレーザー負イオン電流測定法,プラズマ内での負イオン含有プラズマの輸送速度を計測できるdcレーザー光脱離反応法などを新規に開発した.測定された電子エネルギー分布関数は,マックスウェル分布からのずれの大きいものであった.パルスレーザー負イオン電流測定法による計測の結果,負イオン電流は引き出し領域付近の電位分布に大きな影響を受けることが分かった.理論解析・モデル計算と測定結果とを比較したところ,低圧領域においては無衝突モデルで良い一致が得られるのに対して,圧力の増加によって明らかな中性粒子衝突との影響,および局所電位分布によるものと思われる輸送過程の変化が確認された.ほぼ完全な摂動系を構成することによりプラズマ輸送の計測が行えるdcレーザー光脱離法の結果においても,同様の中性粒子衝突に起因する輸送速度の低下が観測されている.また中性粒子速度分布関数をプラズマ外部で計測し,圧力依存性と放電密度依存性とを調査した結果,投入電力が高くなると,粒子加熱が生じて分子温度は増加するが,ある電力密度を境にして分子温度の低下が観測されることも分かった.

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2005 2004 2002 その他

すべて 雑誌論文 (27件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Grid Bias Effect upon the Negative Ion Density in a Tandem Plasma Source2005

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of Velocity Distributions of Neutral Particles in a Plasma2005

    • 著者名/発表者名
      S.Nishigaito, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of Filter Magnetic Field and Gas Pressure on Extraction Efficiency of a Volume-Type H- Ion Source2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto, M.Nishiura, K.Matsuoka, M.Sasao, M.Wada, H.Yamaoka
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Enhancement of Extracted H- Current by Streaming Neutral Gas Injection2005

    • 著者名/発表者名
      A.Mendenilla, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Atomic fraction of hydrogen plasma in a negative hydrogen ion source2004

    • 著者名/発表者名
      M.Wada, T.Kasuya, H.Takahashi, T.Takemoto
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 75

      ページ: 1786-1788

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Transport velocity of direct current laser induced photodetached electrons in a H^- ion source2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 75

      ページ: 1780-1782

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Contribution of local H- density to extracted H- beam current in a cesium seeded hydrogen plasma2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto, M.Nishiura, K.Matsuoka, M.Sasao, M.Wada, H.Yamaoka
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 75

      ページ: 1757-1759

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Contribution of wall material to the vibrational excitation and negative ion formation in hydrogen negative ion sources2004

    • 著者名/発表者名
      M.Bacal, A.A.Ivanov, Jr., M.Glass-Maujean, Y.Matsumoto, M.Nishiura, M.Sasao, M.Wada
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 75

      ページ: 1699-1703

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Atomic fraction of hydrogen plasma in a negative hydrogen ion source2004

    • 著者名/発表者名
      M.Wada, T.Kasuya, H.Takahashi, T.Takemoto
    • 雑誌名

      Review of Scientific.Instruments 75

      ページ: 1786-1786

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Transport velocity of direct current laser induced photodetached electrons in a H- ion source2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Review of Scientific.Instruments 75

      ページ: 1780-1780

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Contribution of local H-density to extracted H-beam current in a cesium seeded hydrogen plasma2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto, M.Nishiura, K.Matsuoka, M.Sasao, M.Wada, H.Yamaoka
    • 雑誌名

      Review of Scientific.Instruments 75

      ページ: 1757-1757

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Contribution of wall material to the vibrational excitation and negative ion formation in hydrogen negative ion sources2004

    • 著者名/発表者名
      M.Bacal, A.A.Ivanov, Jr., M.Glass-Maujean, Y.Matsumoto, M.Nishiura, M.Sasao, M.Wada
    • 雑誌名

      Review of Scientific.Instruments 75

      ページ: 1699-1699

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Contribution of wall material to the vibrational excitation and negative ion formation in hydrogen negative ion sources2004

    • 著者名/発表者名
      M.Bacal, et al.(Last author)
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 75

      ページ: 1699-1699

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Contribution of local H. density to extracted H. beam current in a cesium seeded hydrogen plasma2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto, M.Wada et al.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 75

      ページ: 1757-1757

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Transport velocity of direct current laser induced photodetached electrons2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments 75

      ページ: 1780-1780

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Measurement of negative ion density in a plasma by DC laser photodetachment method2002

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Dry Processes 2002

      ページ: 131-136

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of electron energy distribution function by a compact electrostatic deflection type energy analyzer2002

    • 著者名/発表者名
      R.Imai, A.Nakajo, H.Hiramatsu, T.Nishimori, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Dry Processes 2002

      ページ: 149-154

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Influence of wall material on VUV emission from hydrogen plasma in H^- source2002

    • 著者名/発表者名
      M.Bacal, M.Glass-Maujean, A.A.Ivanov, Jr.M.Nishiura, M.Sasao, M.Wada
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings 639

      ページ: 13-20

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of H- density and work function of a plasma electrode in a negative ion source2002

    • 著者名/発表者名
      M.Nishiura, M.Sasao, M.Wada
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings 639

      ページ: 21-27

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of negative ion density in a plasma by DC laser photodetachment method2002

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Dry Processes 2002 (IEEJ) 131

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of electron energy distribution function by a compact electrostatic deflection type energy analyzer2002

    • 著者名/発表者名
      R.Imai, A.Nakajo, H.Hiramatsu, T.Nishimori, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Dry Processes 2002 (IEEJ) 149

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Influence of wall material on VUV emission from hydrogen plasma in H- source2002

    • 著者名/発表者名
      M.Bacal, M.Glass-Maujean, A.A.Ivanov, Jr.M.Nishiura, M.Sasao, M.Wada
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc. 639

      ページ: 13-13

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of H-density and work function of a plasma electrode in a negative ion source2002

    • 著者名/発表者名
      M.Nishiura, M.Sasao, M.Wada
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc. 639

      ページ: 21-21

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Grid Bias Effect upon the Negative Ion Density in a Tandem Plasma Source

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Thin Solid Films (To appear)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of Velocity Distributions of Neutral Particles in a Plasma

    • 著者名/発表者名
      S.Nishigaito, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Thin Solid Films (To appear)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of Filter Magnetic Field and Gas Pressure on Extraction Efficiency of a Volume-Type H- Ion Source

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsumoto, M.Nishiura, K.Matsuoka, M.Sasao, M.Wada, H.Yamaoka
    • 雑誌名

      Thin Solid Films (To appear)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Enhancement of Extracted H- Current by Streaming Neutral Gas Injection

    • 著者名/発表者名
      A.Mendenilla, T.Kasuya, M.Wada
    • 雑誌名

      Thin Solid Films (To appear)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada: "Transport velocity of dc laser induced photodetached electrons in a H-ion source"Review of Scientific Instruments. Vol.75,5. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Wada, H.Takahashi, T.Takemoto, T.Kasuya: "Atomic fraction of hydrogen plasma in a negative hydrogen ion source"Review of Scientific Instruments. Vol.75,5. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Matsumoto, M.Nishiura, M.Wada et al.: "Contribution of H- density near a plasma grid surface in an H- beam extracted from a Cs added volume production type ion source"Review of Scientific Instruments. Vol.75,5. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Bacal, M.Nishiura, M.Wada et al.: "Contribution of wall material to the vibrational excitation and negative ion formation in hydrogen negative ion sources"Review of Scientific Instruments. Vol.75,5. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Takahashi, T.Kasuya, M.Wada: "Measurement of Negative Ion Density in a Plasma by DC Laser Photodetachment Method"Proceedings of International Symposium on Dry Process. DPS2002. 131-136 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] R.Imai, A.Nakajo, H.Hiramatsu, T.Nisimori, T.Kasuya, M.Wada: "Measurement of Electron Energy Distribution Function by a Compact Electrostatic Deflection Type Energy Analyzer"Proceedings of International Symposium on Dry Process. DPS2002. 149-154 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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