沿面放電による負イオン生成機構の研究と大強度パルス負イオン源の開発

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01580005
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 堀岡 一彦 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (10126328)
• 研究分担者: 糟谷 紘一 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助教授 (30029516)
• キーワード: イオンビ-ム / 負イオン / ダイオ-ド / パルスパワ- / 沿面放電 / プラズマ

研究概要

負イオンビ-ムは、一般に目的イオン種を成分として含む陰極プラズマから電界によって引き出されるが、ソ-ス(陰極)プラズマ中には、電子や不純物イオンが存在し加速ギャップ内に負の空間電荷を形成するため、達成可能な電流密度はプラズマ中の目的イオン種の組成比で制限されている。パルスイオンダイオ-ドを用いると、イオン源プラズマの密度、水素負イオンの組成比を大きくできるうえ、加速ギャップに高電圧を印加てきるので、従来の直流イオン源の10^2〜10^3倍の電流密度、10倍程度の加速電圧が達成できると見込まれている。従来この形式のイオン源には、ポリエチレン等、炭化水素系のプラスチックの沿面放電プラズマが用いられているが、負イオン生成機構が明らかでないうえ、炭素等の競合するイオンの存在により、水素負イオンの組成比は高々数%以下であると予測される。
本研究は、H_2OやCH_4等の凝縮物質の沿面放電プラズマいを調べ負イオン生成機構を明らかにするとともに、最終的には固体水素を用いて大強度水素負イオンビ-ムを発生する事を目的としている。凝縮物質の沿面放電プラズマをイオン源とすることにより、次の2点で電流密度の向上が図れると考えられる。
(1)沿面放電初期に大量の分子状水素が放出されるため、解離電子付着による水素負イオン生成が促進される。
(2)炭素、酸素等競合する負イオンが存在しないため、水素負イオンの組成比が向上する。
今年度は、陰極を極低温にまで冷却可能なダイオ-ドを設計・製作し、既存電源の極性変換、冷却テスト、基本的な動作テストを行った。現在、パラフィン、水(H_2O)等をイオン源としてビ-ム生成実験が進行中である。

研究成果

• [文献書誌] K.HORIOKA et.al.,: "ACCELERATION GAP BEHAVIOR OF FLASHOVER-TYPE PULSED ION DIODES" IEEE TRANSACTION ON PLASMA SCIENCE. 17. 793-796 (1989)
• [文献書誌] K.HORIOKA,N.TAZIMA AND K.KASUYA: "LASER DIAGNOSTICS ON MAGNETICALLY INSULATED PULSED ION SOURCES" REVIEW OF SCIENTIFIC IN STRUMENTS. 61. 610-612 (1990)
• [文献書誌] K.HORIOKA AND K.KASUYA: "INTENSE NEGATIVE ION BEAM EXTRACTION FROM SOLID HYDROGEN" PROC.8TH INT.CCNFERENCE ON HIGH-POWER PARTICLE BEAMS. (1990)
• [文献書誌] K.HORIOKA et.al.,: "RESONANT LASER DIAGNOSTICS OF INTENSE PULSED ION DIODES" PROC.8TH INT.CONFERENCE ON HIGH-POWER PARTICLE BEAMS. (1990)
• [文献書誌] 堀岡一彦他: "同軸型磁気絶縁ダイオ-ドによる大強度パルス負イオンビ-ムの発生" 日本物理学会第45回年会予稿集. (1990)
• [文献書誌] 堀岡一彦: "パルスパワ-技術の核融合への応用“軽イオンビ-ムb;実験"" プラズマ核融合学会第7回年会シンポジウム予稿集. (1990)