ビーム中性化法によるアルファ粒子計測法の開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16082201
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 笹尾 真実子 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00144171)
• 研究分担者: 金子 修 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (00126848) ; 和田 元 同志社大学, 工学部, 教授 (30201263)
• 連携研究者: 平野 洋一 産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (80357863) ; 北島 純男 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30161475)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2009
• キーワード: 中性粒子ビーム / イオンビーム / 負イオンビーム / アルファ粒子計測 / 荷電変換

研究概要

本研究においてはプラズマの自己加熱源となり燃焼を持続させる役割を担うアルファ粒子の磁場中での挙動研究ため、ヘリウム中性粒子ビームにより2個の電子を与えてアルファ粒子を中性化する方法について、ITERのような次期計画において実現可能なシステムとしての基本設計を行い、必要なビーム源開発を行った。特に後者については実機に必要なヘリウムイオンビーム電流(>3A)、ビーム径(～2cm)を荷電交換に最適なビームエネルギー(20keV)で得る事に成功し、大電流ビームの正イオンから負イオンへの安定した変換に関わる工学技術と自然飛行を使ったヘリウム中性粒子ビーム生成の原理検証に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Fine-Structure Characteristics in the Emittance Images of a Strongly Focusing He Beam (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, T.Kobuchi, M.Kisaki, H.Takahashi, A.Okamoto, S.Kitajima, O.Kaneko, Y.Tsumori, K.Shinto, M.Wada
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.81(2) ページ: 02B115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and irradiation test of lost alpha detection system for ITER (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Nishiura, T.Nagasaka, K.Fujioka, Y.Fujimoto, T.Tanaka, T.Ido, S.Yamamoto, S.Kashiwa, M.Sasao
  • 雑誌名: Rev.Sci.Instrum. Vol.81(2) ページ: 10D313
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emittance measurement of multi-species ion beam produced via two-step charge exchange process in a Li vapor cell. (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Kisaki, N.Tanaka, T.Nagamura, K.Terai, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, M.Wada
  • 雑誌名: Journal of Plasma Fusion Reserch, Series 9
  • 査読あり
• [雑誌論文] High density helicon source for beam attenuating target (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Okamoto, T.Isono, T.Kobuchi, S.Kitajima, A.Okamoto, T.Isono, T.Nishiuchi, H.Takahashi, S.Kitajima, M.Sasao
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research SERIES Vol.9 ページ: 428-431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of Helium Ion Beam with Argon Gas and Plasma (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Okamoto, T.Isono, T.Kobuchi, S.Kitajima, M.Sasao
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research SERIES Vol.8 ページ: 0039-0043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of a He Beam Produced in Lithium Vapor, NEGATIVE IONS, BEAMS AND SOURCES : Proceedings of the 1st International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources. (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Tanaka, T.Nagamura, M.Kikuchi, A.Okamoto, T.Kobuchi, S.Kitajima, M.Sasao, H.Yamaoka, M.Wada
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings Vol.1097 ページ: 443-448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of 25keV Helium Hydrogen Ion Beam for Alpha Particle Measurement in ITER (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Sakakita, S.Kiyama, H.Koguchi, Y.Hirano, T.Shimada, M.Sasao, et al.
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research SERIES Vol.8 ページ: 0674-0679
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of the Beam Transport in a High-Energy Neutral Helium Beam System with Double Charge Exchange Cell (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Kikuchi, N.Tanaka, T.Nagamura, T.Kobuchi, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, H.Ymaoka, M.Wada
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research SERIES Vol.8 ページ: 1539-1541
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-energy particle interaction at carbon nanowalls on W surface (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Tanaka, H.Yamaoka, M.Nishiura, K.Tsumori, T.Nagamura, M.Sasao, T.Kenmotsu, Y.Matsumoto, M.Wada
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials ページ: 1035-1038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of a He- Beam Produced in Lithium Vapor (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Tanaka, T.Nagamura, M.Kikuchi, A.Okamoto, T.Kobuchi, S.Kitajima, M.Sasao, H.Yamaoka, M.Wada
  • 雑誌名: AIP conf.Proc. Vol.1097 ページ: 443-448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-energy particle interaction at carbon nanowalls on W surface (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Tanaka, H.Yamaoka, M.Nishiura, K.Tsumori, T.Nagamura, M.Sasao, T.Kenmotsu, Y.Matsumoto, M.Wada
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol.390-391 ページ: 1035-1038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrons in the negative-ion -based NBI on JT-60U (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Kisaki, M.Hanada, M.Kamada, Y.Tanaka, K.Kobayashi, M.Sasao
  • 雑誌名: AIP conf.Proc. Vol.1097 ページ: 443-448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a helicon plasma source for the measurement of He^* component in a He^0 beam (2008)
  • 著者名/発表者名: A.Okamoto, K.Iwazaki, T.Isono, T.Kobuchi, S.Kitajima, M.Sasao
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research Vol.3 ページ: 059-1-059-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of ion beam and neutron irradiations on the luminescence of polycrystalline Ce-doped Y_3Al_5O_<12> ceramics (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Hirouchi, M.Nishiura, T.Nagasaka, T.Ido, D.Funaki, T.Kobuchi, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, K.Fujioka, M.Isobe, T.Mutoh
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol.386-388 ページ: 1049-1051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an Energetic He^0 Beam Injector for Fusion Application (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, T.Kobuchi, N.Tanaka, M.Kisaki, M.Kikuchi, T.Nagamura, A.Okamoto, S.Kitajima, O.Kaneko, M.Nishiura, K.Tsumori, M.Wada, K.Shinto, H.Sakakita, S.Kizima, Y.Hirano
  • 雑誌名: IAEA-CN-165/FT/P28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of filament geometry on the arc efficiency of a high-intensityHe^+ ion source (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Kobuchi, M.Kisaki, K.Shinto, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, K.Tsumori, O.Kaneko, H.Sakakita, S.Kiyama, Y.Hirano, M.Wada
  • 雑誌名: Rev.Sci.Instrum. Vol.79 ページ: "10F316-1"-"10F316-3"
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a He^0 Source for Confined Alpha Particle Measurement (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Tanaka, M.Kisaki, K.Iwazaki, M.Kikuchi, A.Okamoto, T.Kobuchi, K.Shinto, S.Kitajima, K.Tsumori, O.Kaneko, M.Wada, M.Sasao
  • 雑誌名: AIP conf.Proc. Vol.988 ページ: 335-338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fusion Product Diagnostics (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, et al.
  • 雑誌名: Fusion Science & Technology Vol.53 ページ: 604-639
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a strongly focusing high-intensity He^+ ion source for a confined alpha particle measurement at ITER (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Kisaki, K.Shinto, T.Kobuchi, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, K.Tsumori, M.Nishiura, O.Kaneko, Y.Matsuda, M.Wada, H.Sakakita, S.Kiyama, Y.Hirano
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.79 ページ: 2C1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diagnostics of a He^+ beam extracted from a compact magnetic bucket-type ion source (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Sugawara, K.Shinto, N.Tanaka, S.Takeuchi, M.Kikuchi, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, M.Wada
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.79 No.2 ページ: 02B708
  • 査読あり
• [雑誌論文] A beam transport system for an intense He- beam source (2008)
  • 著者名/発表者名: Tanaka N, Kikuchi M, Nagamura T, Sugawara H, Takeuchi S, Kobuchi T, Okamoto A, Shinto K, Kitajima S, Sasao M, Wada M.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.79 No.2 ページ: 02A512-1-02A512-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy straggling of low-energy ion beam in a charge exchange cell for negative ion production (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Takeuchi, M.Sasao, H.Sugawara, N.Tanaka, M.Kisaki, A.Okamoto, K.Shinto, S.Kitajima
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.79 No.2 ページ: 02A512-1-02A512-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser Absorption Spectroscopy for Diagnostics of a Neutral Helium Beam (2007)
  • 著者名/発表者名: Atsushi OKAMOTO, Katsuhiro SHINTO, Sumio KITAJIMA, Mamiko SASAO
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research Vol.2 ページ: S1044-1-S1044-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proof of Principle Experiment of a Fast He^0 Beam Production (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Tanaka, H.Sugawara, S.Takeuchi, S.Asakawa, A.Okamoto, K.Shinto, S.Kitajima, M.Sasao, M.Wada
  • 雑誌名: Plasma Fusion Res. Vol.2 ページ: "S1105/1"-"S1105/4"
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of Metastable Population Density in a Hollow Cathode Helium Discharge (2007)
  • 著者名/発表者名: A.Okamoto, T.Kobuchi, S.Kitajima, M.Sasao
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research Vol.2 ページ: 029-037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Steering Committee Members of MEXT Scientific Research of Priority Areas. "Advanced Diagnostics for Burning Plasma Experiments". (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao
  • 雑誌名: Fusion Science & Technology 51 ページ: 40-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle Refractions of Low Energy Light Ions from a Vanadium Alloy (V-4Cr-. 4Ti) (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Yamaoka, N.Tanaka, Y.Matsumoto, M.Nishiura, K.Tsumori, S.Takeuchi, H.Sugawara, K.Shinto, A.Okamoto, M.Sasao, M.Wada
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials Vol.337-339 ページ: 942-945
  • 査読あり
• [雑誌論文] Confined alpha particle diagnostic system using an energetic He^0 beam for ITER (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, K.Shinto, M.Isobe, M.Nishiura, O.Kaneko, M.Wada, C.I.Walker, S.Kitajima, A.Okamoto, H.Sugawara, S.Takeuchi, N.Tanaka, H.Aoyama, M.Kisaki
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.77 ページ: 10F130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization of a compact multicusp He^+ ion source for double-charge-exchanged He^- beam (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Shinto, H.Sugawara, M.Takenaga, S.Takeuchi, N.Tanaka, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, M.Nishiura, M.Wada
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.77 ページ: 03B512-03B512-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conceptual Design of Confined Alpha Particle Diagnostic System for ITER using an Energetic He^0 Beam (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Shinto, M.Sasao, M.Isobe, M.Nishiura, O.Kaneko, M.Wada, C.I.Walker, H.Haskell, S.Kitajima, A.Okamoto, H.Sugawara, S.Takeuchi, N.Tanaka, H.Aoyama, M.Kisaki
  • 雑誌名: Electric publication on
  • URL: http://dg1.nifs.ac.jp/IAEATM-EP2005/program.html,21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density and velocity of H^- in the extraction region of a negative ion source estimated from the change in H^- beam current due to a pulse laser injection (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsumoto, M.Nishiura, K.Matsuoka, M.Wada, M.Sasao, H.Yamaoka
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.77 ページ: 03B705-03-B705-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization of a compact multicusp He^+ ion source for double-charge-exchanged He- beam. (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Shinto, H.Sugawara, M.Takenaga, S.Takeuchi, N.Tanaka, A.Okamoto, S.Kitajima, M.Sasao, M.Nishiura, M.Wada
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments Vol.77 ページ: 03B512-03B512-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a Fast Neutral He Beam System for Feasibility Study of Charge-Exchange Alpha-Particle Diagnositcs in a Thermonuclear Fusion Reactor (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Shinto, H.Sugawara, S.Takeuchi, S.Kitajima, M.Takenaga, M.Sasao, M.Nishiura, O.Kaneko, S.Kiyama, M.Wada
  • 雑誌名: Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference, Knoxville, Tennessee ページ: 2630-2632
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion sources for fusion plasma diagnostics (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, K.A.Connor, K.Ida, H.Iguchi, A.A.Ivanov, M.Nishiura, D.M.Thomas, M.Wada, M.Yoshinuma
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Plasma Science Vol.33 ページ: 1872-1900
  • 査読あり
• [学会発表] Measurement of Charge Exchange Cross Sections for theHe^- Production in Li (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, et al.
  • 学会等名: The 22nd International Conference on Atomic Physics
  • 発表場所: Cairns, Australia
  • 年月日: 20100725-20100730
• [学会発表] Development of an Energetic He^0 Beam for Alpha Particle Diagnostics on ITER (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, et al.
  • 学会等名: The European Physical Society (EPS) conferences
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 20100625-20100629
• [学会発表] "Report from Priority Area : Advanced Diagnostics for Burning Plasmas", "Feasibility Studies on confined and escaping alpha diagnostics at LHD", "Report of the Neutron Working Group" (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao
  • 学会等名: 15th ITPA-TG Meeting on Diagnostic
  • 発表場所: Ghandinabad, India
  • 年月日: 20081114-20081121
• [学会発表] Development of an Energetic He^0 Beam Injector for Fusion Application (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao, T.Kobuchi, N.Tanaka, M.Kisaki, M.Kikuchi, T.Nagamura, A.Okamoto, S.Kitajima, O.Kaneko, M.Nishiura, K.Tsumori, M.Wada, K.Shinto, H.Sakakita, S.Kiyama, Y.Hirano
  • 学会等名: 22nd IAEA Fusion Energy Conf.
  • 発表場所: Geneva, Swilzerland
  • 年月日: 20081011-20081018
• [学会発表] University activities in Japan (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao
  • 学会等名: 12th Meeting of the ITPA Topical Group on Diagnostics
  • 発表場所: Princeton, USA
  • 年月日: 20070326-20070330
• [学会発表] ITER diagnostic beam for energetic alpha particle measurement (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao
  • 学会等名: Japan EU Coordinating Committee on Neutral Beams
  • 発表場所: Naka
  • 年月日: 20061212-20061215
• [学会発表] R&D Status of Beam Neutralization System (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao
  • 学会等名: 10th Meeting of the ITPA Topical Group on Diagnostics
  • 発表場所: Moscow, Russian Federation
  • 年月日: 20060410-20060414
• [学会発表] Advanced Diagnostics for Burning Plasmas (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao
  • 学会等名: Meeting on ITER Relevant Diagnostic Developments in Japan combined with the Meeting on Priority Research Area
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2006-09-04
• [学会発表] Overview of recent activities of the priority research area "Advanced Diagnostics for Burning Plasmas". (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Sasao
  • 学会等名: Meeting on ITER Relevant Diagnostic Developments in Japan combined with the. Meeting on Priority Research Area "Advanced Diagnostics for Burning Plasmas"
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2006-09-04
• [図書] プラズマ診断の基礎と応用(プラズマ核融合学会編)(共著(担当§9.7核反応計測) (2006)
  • 著者名/発表者名: 間瀬敦、笹尾真実子, 他
  • 総ページ数: 351-361
  • 出版者: コロナ社
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://tsubaki.qse.tohoku.ac.jp/index.html
• [産業財産権] タンデム加速装置および電荷交換器 (2010)
  • 発明者名: 笹尾真実子、和田元、北島純男、岡本敦、寺井健祐
  • 権利者名: 東北大学、同志社大学
  • 産業財産権番号: 特許,特願2010-254663
  • 出願年月日: 2010-11-15