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スモラッコウスキー効果によるネオリングホロー磁化放電の確立と負イオン生成

研究課題

研究課題/領域番号 19K03784
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分14010:プラズマ科学関連
研究機関佐賀大学

研究代表者

大津 康徳  佐賀大学, 理工学部, 教授 (50233169)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードネオリングホロ―磁化放電 / スモラッコウスキー効果 / イオン飽和電流 / PIC-MCC法 / ネオリングホロー磁化放電 / 2次電子放出係数 / リングホロー磁化放電 / 負イオン / 非アルカリ金属 / ガス圧力 / 磁界閉じ込め効果 / 静電プローブ
研究開始時の研究の概要

核融合プラズマを加熱電流駆動する中性粒子ビーム装置では、低気圧かつ高密度プラズマを有する高出力の負イオン源が必要とされている。そのプラズマ生成方式には、誘導結合型放電方式と熱陰極を用いた直流アーク放電方式があり、精力的に研究が行われている。しかしながら、放電の安定性に課題がある。本研究では、それらの放電を長時間安定駆動させるためには、「アルカリ金属フリー」、「高密度・低電子温度」、「メンテナンスフリー」の3つの課題を実現させる。

研究成果の概要

本研究では水素を用いた次世代エネルギー源として期待されている核融合発電プラズマに関する研究である。具体的には、水素燃料を供給するために用いられている注入法の課題、即ち高密度水素プラズマ生成を実現させるための基礎的研究である。本研究の成果として、ダブルリングホロー溝を有する電極を用い高周波水素プラズマの生成に成功した。水素ガス圧力30Pa以上で、高密度が期待できる水素プラズマを生成できた、しかしながら、数Pa程度では、一部のホロー溝のみで高密度プラズマが生成することが明らかとなった。数値シミュレーションにより、実験結果を再現できる結果が得られた。今後は低圧力での高密度プラズマ生成が課題である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的な意義として、以下の成果が得られた。(1)ダブルリングホロー磁化放電により、高密度水素プラズマを生成できることを明らかにできた。(2)ガス圧力により、プラズマの分布が影響を受けることを見出した。(3)その結果は数値シミュレーションでも再現できることがわかった。社会的意義として、水素を用いたクリーンな次世代エネルギー源として期待されている核融合発電の実現に貢献できる研究成果が得られた。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 3件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Ruhr-University Bochum(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ジョッショル理工科大学/Comilla University(バングラデシュ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ルール大学ボーフム校(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Ruhr-University Bochum(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Jashore Univ. Science and Technology(バングラデシュ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Properties of AZO thin films prepared by stationary and rotating RF magnetized plasma sputtering source2022

    • 著者名/発表者名
      Hossain Md. Amzad、Patwary Md Abdul Majed、Rahman Md. Mustafizur、Ohtsu Yasunori
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 12 号: 1 ページ: 015224-015224

    • DOI

      10.1063/5.0064434

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Characteristics of a radio frequency magnetized double-ring-shaped hollow cathode plasma source with permanent magnets for high-density hydrogen plasma generation2021

    • 著者名/発表者名
      Ohtsu Yasunori、Imoto Shoma、Takemura Shunya、Schulze Julian
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 193 ページ: 110531-110531

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2021.110531

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Preparation of Water-Repellent Film on a Plastic Plate by Unbalanced Radio-Frequency Magnetron Plasma Sputtering Using PTFE Target for a Next-Generation Automobile Window2021

    • 著者名/発表者名
      Ohtsu Yasunori、Ino Yuta、Fujio Yuki、Tabaru Tatsuo、Yasunaga Takeshi、Ikegami Yasuyuki
    • 雑誌名

      Plasma Chemistry and Plasma Processing

      巻: 41 号: 6 ページ: 1631-1646

    • DOI

      10.1007/s11090-021-10204-4

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics of a rotational windmill-shaped radio frequency magnetron sputtering plasma for effective target utilization2020

    • 著者名/発表者名
      Ohtsu Yasunori、Nakashima Takahiro、Tanaka Rei、Schulze Julian
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 181 ページ: 109593-109593

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2020.109593

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of rotational maze-shaped RF magnetron plasma for successful target utilization and thin-film preparation2020

    • 著者名/発表者名
      Ohtsu Yasunori、Tanaka Rei、Nakashima Takahiro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SA ページ: SAAB01-SAAB01

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abb758

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatial structure of radio-frequency capacitive discharge plasma with ring-shaped hollow electrode using Ar and O2 mixture gases2019

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Ohtsu, Masaya Takasaki and Julian Schulze
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 52 号: 35 ページ: 355202-355202

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ab2862

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Treatment of a polycarbonate plate for a next-generation vehicle window by radio frequency magnetron plasma sputtering using a PVDF target2019

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Ohtsu , Yusuke Takada, Kosei Sugawara, Yuki Fujio, and Tatsuo Tabaru
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: SE ページ: SEED03-SEED03

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0c72

    • NAID

      210000156088

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of ring-shaped pulsed DC discharge plasma source using single pole magnet setups for material processing2019

    • 著者名/発表者名
      Md. Amzad Hossain, M. A. Majed Patwary, M. M. Rahman Bhuiyan, Yutaro Nakamura, Kosei Sugawara & Yasunori Ohtsu
    • 雑誌名

      Radiation Effects and Defects in Solids Incorporating Plasma Science and Plasma Technology

      巻: 174 号: 5-6 ページ: 380-396

    • DOI

      10.1080/10420150.2019.1596105

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 円筒対向ターゲットスパッタのための高周波リング状ホロー磁化プラズマの生成2021

    • 著者名/発表者名
      井本将真、大津康徳
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ターゲット有効利用のための磁石回転型マグネトロンスパッタ装置の開発2021

    • 著者名/発表者名
      安田洸也、大津康徳
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Spatial profile of Al-ZnO thin film on polycarbonate deposited by ring-shaped magnetized rf plasma sputtering with two facing cylindrical Al2O3-ZnO targets2021

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohtsu, G. Sakata, J. Schulze, T. Yasunaga and Y. Ikegami
    • 学会等名
      42th International Symposium on Dry Process
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 対向円筒型 AZO ターゲットを用いた高周波リング状ホロー磁化プラズマの空間分布2021

    • 著者名/発表者名
      井本将真 , 原光佑, 大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第 25 回 支部大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 小型マグネトロンプラズマを組み合わせた回転型アレー状高周波マグネトロンスパッタプラズマの開発2021

    • 著者名/発表者名
      安田洸也, 大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部第 25 回 支部大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ターゲット有効利用のための新規磁石配置による回転型高周波マグネトロンスパッタリング装置の開発2020

    • 著者名/発表者名
      安田 洸也、大津 康徳
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] アンバランスマグネトロンスパッタ装置の構築と ポリカーボネート板への PTFE 撥水性薄膜合成2020

    • 著者名/発表者名
      井野 雄太、大津 康徳、安永 健、池上 康之
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 対向円筒型ターゲットを用いた高周波プラズマスパによる透明導電膜の合成とその空間分布2020

    • 著者名/発表者名
      坂田豪大,大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第24回支部大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 高周波マグネトロンスパッタにおける回転型新規磁石配置によるターゲット浸食分布の改善2020

    • 著者名/発表者名
      安田洸也、大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第24回支部大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] アンバランスマグネトロンスパッタによるポリカーボネート板へのPTFE撥水性膜合成及び評価2020

    • 著者名/発表者名
      井野雄太、大津康徳、安永健、池上康之、田原竜夫、藤尾侑輝
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第24回支部大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of rotational maze-shaped RF magnetron plasma for successful target utilization and the thin film preparation2020

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Ohtsu, Rei Tanaka and Takahiro Nakashima
    • 学会等名
      ISPlasma2020/IC-PLANTS2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 回転迷路型高周波マグネトロンスパッタ装置の開発とその評価2019

    • 著者名/発表者名
      田中黎,中嶋崇博,大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第23回 支部大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] アルゴン・酸素混合ガスを用いた高周波ホロー陰極放電プラズマアッシングの酸素濃度依存性と分光特性2019

    • 著者名/発表者名
      本田進之介,井野雄太,福永悠人,大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部第23回 支部大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 高周波マグネトロンスパッタリングによる金属板表面へのPVDF薄膜合成2019

    • 著者名/発表者名
      安田洸也,井野雄太,大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部第23回 支部大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] アンバランスマグネトロンスパッタによる次世代自動車窓材プラスチック板への撥水性薄膜合成2019

    • 著者名/発表者名
      井野雄太,安田洸也,大津康徳
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部第23回 支部大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Production of double ring-shaped magnetized radio-frequency hydrogen high-density plasma2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ohtsu, K. Kawabata, K. Aso and J. Schulze
    • 学会等名
      2019 International Symposium on Dry Process
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ターゲット利用率向上 を目的とした回転迷路型 RF マグネトロンスパッタ装置の開発 とその評価2019

    • 著者名/発表者名
      田中 黎、大津 康徳、中嶋 崇博
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] アルゴン・酸素混合ガスを用いた高周波ホロー陰極放電プラズマの生成と分光特性2019

    • 著者名/発表者名
      本田 進之介、大津 康徳、井野 雄太、福永 悠人
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 次世代自動車窓材プラスチック板への撥水性薄膜合成のための高周波マグネトロンスパッタ装置の開発2019

    • 著者名/発表者名
      井野 雄太、大津 康徳、安田 洸也
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] 超撥水・超撥油・滑液性表面の技術(第2巻)2021

    • 著者名/発表者名
      穂積、大津 他24名
    • 総ページ数
      280
    • 出版者
      サイエンス&テクノロジー
    • ISBN
      9784864282505
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] ZnO Thin Films: Properties, Performance and Applications Chapter 6 Development of Novel RF Sputtering Plasma Source and Preparation of Al-Doped ZnO Thin Films for Transparent Conductive Oxide Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Ohtsu and Takashi Sumiyama
    • 総ページ数
      16
    • 出版者
      NOVA Science Publishers
    • ISBN
      9781536160864
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] プラズマエレクトロニクス研究室

    • URL

      http://www.ee.saga-u.ac.jp/plasma/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [備考] 教員活動データベース(大津康徳)

    • URL

      http://research.dl.saga-u.ac.jp/profile/ja.22219f9ca69d58c4.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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