負イオン源における負イオン引き出し機構・負イオンビーム光学特性の解明

• 研究課題/領域番号: 26400533
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 鳴門教育大学
• 研究代表者: 宮本 賢治 鳴門教育大学, 大学院学校教育研究科, 准教授 (00532996)
• 連携研究者: 畑山 明聖 慶応義塾大学, 理工学部, 教授 (10245607)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: プラズマ / 核融合 / 負イオン源 / 加速器 / シミュレーション / イオンビーム光学 / PIC法

研究成果の概要

本研究では、３次元PIC数値計算コードとモンテカルロ計算との結合による３次元PIC-MCC結合コードを構築し、負イオン引き出しの物理機構と負イオンビームの光学的特性、特にビーム発散角の大きな成分であるビームハロの発生要因の解明を行った。その結果、負イオン引出し面の端部から引き出された負イオンは、負イオン引出し面の端部の電界レンズ効果は強いため、引出部で負イオンビームが過収束してビームハロになることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Study of energy relaxation processes of the surface produced negative ions by using the 3D3V PIC simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, I. Goto, S. Nishioka, A. Hatayama , J. Hiratsuka, M. Hanada, and A. Kojima
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis of the beam halo in negative ion sources by using 3D3V PIC code (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, S. Nishioka, I. Goto, A. Hatayama, M. Hanada, A. Kojima, J. Hiratsuka
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: 87 号: 2 ページ: 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4932390
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Coulomb collision on the negative ion extraction mechanism in negative ion sources (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Goto, K. Miyamoto, S. Nishioka, S. Mattei, J. Lettry, S. Abe, and A. Hatayama
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: 87 号: 2 ページ: 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4934206
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of heat load density profile on acceleration grid in MeV-class negative ion accelerator (2016)
  • 著者名/発表者名: Junichi Hiratsuka, Masaya Hanada, Atsushi Kojima, Naotaka Umeda, Mieko Kashiwagi, Kenji Miyamoto, Masafumi Yoshida, Ryo Nishikiori, Masahiro Ichikawa, Kazuhiro Watanabe and Hiroyuki Tobari
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: 87 号: 2 ページ: 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4935636
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of ion-ion plasma formation in negative ion sources by a three-dimensional in real space and three-dimensional in velocity space particle in cell model (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Nishioka, I. Goto, K. Miyamoto, A. Hatayama, and A. Fukano
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 119 号: 2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1063/1.4939467
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of negative hydrogen ion beam optics using the 3D3V PIC model (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, S. Nishioka, I. Goto, A. Hatayama, M. Hanada, and A. Kojima
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1655 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1063/1.4916461
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study of plasma meniscus formation and beam halo in negative ion source using the 3D3VPIC model (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Nishioka, K. Miyamoto, I. Goto, A. Hatayama, and A. Fukano
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1655 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1063/1.4916421
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study of the negative ion extraction mechanism from a double-ion plasma in negative ion sources (2015)
  • 著者名/発表者名: I. Goto, K. Miyamoto, S. Nishioka, and A. Hatayama
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1655 ページ: 020011-020011
  • DOI: 10.1063/1.4916420
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] tudy of energy relaxation processes of the surface produced negative ions by using the 3D3V PIC simulation (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, I. Goto, S. Nishioka, A. Hatayama , J. Hiratsuka, M. Hanada, and A. Kojima
  • 学会等名: th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
  • 発表場所: St. Anne's College, Oxford, UK
  • 国際学会
• [学会発表] 2.Long-pulse acceleration of 1MeV negative ion beams toward ITER and JT-60SA neutral beam injectors (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Hiratsuka, A. Kojima, N. Umeda, M. Hanada, M. Kashiwagi, M. Yoshida, R. Nishikiori, M. Ichikawa, K. Watanabe, H. Tobari, M. Dairaku, H. Yamanaka, H. Abe, R. Kawamata, N. Shibata, T. Maejima, Y. Terunuma, Y. Oda, N. Akino, K. Mogaki, S. Sasaki, N. Seki, S. Nemoto, T. Shimizu, Y. Endo, K. Miyamoto, et al.
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] 水素負イオン源におけるビームハロ形成機構に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西岡宗、阿部祥大、宮本賢治、畑山明聖、深野あづさ
  • 学会等名: 第33回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス（宮城県仙台市）
• [学会発表] ITER 級負イオン加速器における負イオン引出し物理機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平塚淳一，柏木美恵子，小島有志，梅田尚孝，吉田雅史，市川雅浩，錦 織良，宮本賢治
  • 学会等名: 第33回プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス（宮城県仙台市）
• [学会発表] Energy Relaxation of Negative Ion Through Coulomb Collision on Negative Ion Sources (2015)
  • 著者名/発表者名: Ippei Goto, Kenji Miyamoto, Shu Nishioka, Shota Abe, Akiyoshi Hatayama
  • 学会等名: 25th International TOKI Conference
  • 発表場所: Ceratopia Toki, Toki-city, Gifu, Japan
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement of heat load density profile on acceleration grid in MeV-class negative ion accelerator (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichi Hiratsuka, Masaya Hanada, Atsushi Kojima, Naotaka Umeda, Mieko Kashiwagi, Kenji Miyamoto, Masafumi Yoshida, Ryo Nishikiori, Masahiro Ichikawa, Kazuhiro Watanabe and Hiroyuki Tobari
  • 学会等名: The 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: Marriott Marquis, New York City, USA
  • 年月日: 2015-08-27
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of the beam halo in negative ion sources by using 3D3V PIC code (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, S. Nishioka, I. Goto, A. Hatayama, M. Hanada, A. Kojima, J. Hiratsuka
  • 学会等名: The 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: Marriott Marquis, New York City, USA
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Coulomb collision on the negative ion extraction mechanism in negative ion sources (2015)
  • 著者名/発表者名: Goto, K. Miyamoto, S. Nishioka, S. Mattei, J. Lettry, S. Abe, and A. Hatayama
  • 学会等名: The 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: Marriott Marquis, New York City, USA
  • 年月日: 2015-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] 3D3VPICシミュレーションを用いた水素負イオン源における負イオンビーム光学の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮本賢治, 西岡宗，後藤一平，畑山明聖，花田磨砂也，小島有志
  • 学会等名: Plasma Conference 2014（日本物理学会（領域2）2014 年秋季大会、応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会第32回プラズマプロセシング研究会、プラズマ・核融合学会第31回年会）
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] Study of Plasma Meniscus Formation and Beam Halo in Negative Ion Sources Using the 3D3VPIC Model (2014)
  • 著者名/発表者名: 西岡宗、宮本賢治, 後藤一平，藤代紘彰、深野あづさ、畑山明聖
  • 学会等名: Plasma Conference 2014（日本物理学会（領域2）2014 年秋季大会、応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会第32回プラズマプロセシング研究会、プラズマ・核融合学会第31回年会）
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] 水素負イオン源におけるダブルイオンプラズマ中の電位搖動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 後藤一平、宮本賢治、西岡宗、畑山明聖
  • 学会等名: Plasma Conference 2014（日本物理学会（領域2）2014 年秋季大会、応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会第32回プラズマプロセシング研究会、プラズマ・核融合学会第31回年会）
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2014-11-20
• [学会発表] Study of negative hydrogen ion beam optics using the 3D3V PIC model (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, S. Nishioka, I. Goto, A. Hatayama, M. Hanada, and A. Kojima
  • 学会等名: 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
  • 発表場所: Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik, Germany, Garching
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] Study of the Negative Ion Extraction Mechanism from a Double-Ion Plasma in Negative Ion Sources (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Goto, K. Miyamoto, S. Nishioka and A. Hatayama
  • 学会等名: 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
  • 発表場所: Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik, Germany, Garching
  • 年月日: 2014-10-07
• [学会発表] Study of Plasma Meniscus Formation and Beam Halo in Negative Ion Source Using the 3D3VPIC Model (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nishioka, K. Miyamoto, I. Goto, A. Hatayama and A. Fukano
  • 学会等名: 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
  • 発表場所: Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik, Germany, Garching
  • 年月日: 2014-10-07
• [学会発表] PICシミュレーションによるプラズマメニスカスと負イオンビームハロの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮本賢治
  • 学会等名: 平成26年度負イオン研究会「負イオンビーム／科学と技術の協奏」
  • 発表場所: 核融合科学研究所(岐阜県土岐市)
  • 年月日: 2014-08-27
  • 招待講演
• [学会発表] 水素負イオン源引き出し領域における密度揺動とプラズマ輸送に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西岡宗、後藤一平、宮本賢治、畑山明聖
  • 学会等名: 第10回 核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-06-20
• [学会発表] 水素負イオン源におけるダブルイオンプラズマからの負イオン引き出し機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 後藤一平、宮本賢治、西岡宗、畑山明聖
  • 学会等名: 第10回 核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-06-20