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2020 年度 実績報告書

水素負イオン源プラズマ電極での水素反射と脱離

研究課題

研究課題/領域番号 17H03512
研究機関同志社大学

研究代表者

和田 元  同志社大学, 理工学部, 教授 (30201263)

研究分担者 津守 克嘉  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (50236949)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード負イオン / 中性粒子入射 / プラズマ加熱 / 仕事関数 / 負イオン表面生成 / イオン源
研究実績の概要

テーパー孔を有するエレクトライド材料(C12A7 electride)のプラズマ電極(PG)を作成し,プラズマ対向側の構造を変化させることにより,PG表面での水素粒子反射が水素負イオン(H-)電流及び電子電流に及ぼす影響について調査した.その結果,テーパー面がプラズマを向いた場合の方が引出電流が大きいことが分かった.プローブ測定を行った結果,PGにエレクトライドが用いられた状態で負イオン比率の高い結果が得られており,エレクトライドPG表面での負イオン生成を示唆する結果が得られたものと考えられる.
水素吸着金属表面での粒子反射・スパッタリングについて,中性粒子入射装置の逆流正イオンを想定したシミュレーション実験を行った.その結果,水素や重水素ではインプランテーションによる電極・イオン源端板の損耗が危険視されること,ビーム量としては小さくとも,不純物正イオンの逆流が大きな損傷を与えることが明らかとなった.また,重水素吸着は水素吸着に比べて逆流ビームによる損傷を拡大するものの,イオン源の損傷に与える効果自体はあまり大きく無く,負イオン源システムの寿命を決定づける要因としては不純物イオンの逆流に注意を払うべきであることが分かった.
ダイバータープラズマとの対比から,電極や端板(アークイオン源が採用された場合には熱陰極)表面にナノ構造が形成され得る.そこでプラズマー固体表面シミュレーションモデルを用いてファズ構造が形成された場合の水素プラズマによる構造変化について調査した.調査の結果,実験で観測された構造変化とほぼ同様の時間発展が確認された.また,ナノ構造を作成/加工するプラズマ放電装置に,新規にデュオプラズマトロン構造を用いたプラズマ源を取り付け,より高い精度での低エネルギー水素の反射観測が可能になり,100 eVのエネルギーで入射した水素負イオンを分光計測できるようになった.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Modelling of hydrogen atoms reflection from an annealed tungsten fuzzy surfaces2021

    • 著者名/発表者名
      Liu D.H.、Dai S.Y.、Wada M.、Yang K.R.、Chen J.Y.、Liu D.P.、Cherenda N.、Wang D.Z.
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 26 ページ: 100909~100909

    • DOI

      10.1016/j.nme.2021.100909

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modelling of hydrogen reflection on tungsten fuzzy surface in an erosive hydrogen plasma2020

    • 著者名/発表者名
      Liu D.H.、Dai S.Y.、Wada M.、Wang M.、Wang D.Z.
    • 雑誌名

      Nuclear Fusion

      巻: 60 ページ: 056018~056018

    • DOI

      10.1088/1741-4326/ab7b3a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasma Excitation in a DC Linear Magnetic Field by a Duoplasmatron Plasma Cathode2020

    • 著者名/発表者名
      Jhoelle Roche M. GUHIT, Arnold Rey B. GINES, Kenta DOI and Motoi WADA
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 15 ページ: 1401048/1-6

    • 査読あり
  • [学会発表] Negative ion source fundamentals2020

    • 著者名/発表者名
      M. Wada
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Negative Ions Beams and Sources
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Damage to N-NBI systems due to positive ion back-streaming2020

    • 著者名/発表者名
      M. Wada, T. Kenmotsu, K. Ikeda, M. Kisaki, H. Nakano, K. Tsumori
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 国際学会
  • [学会発表] High-speed emittance measurements for beams extracted from J-PARC RF ion source2020

    • 著者名/発表者名
      T. Shibata, K. Shinto, M. Wada, H. Oguri, K. Ohkoshi, K. Nanmo
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasma electrode shape suitable for negative hydrogen ion production2020

    • 著者名/発表者名
      K. Bito, M. Sasao, M. Wada
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 国際学会
  • [学会発表] Velocity distribution of hydrogen atoms in ion source discharges2020

    • 著者名/発表者名
      T. Tokai, Y. Shimabukuro, H. Takahashi, M. Wada
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 国際学会
  • [学会発表] C12A7エレクトライドの仕事関数ならびに負イオン生成挙動2020

    • 著者名/発表者名
      笹尾真実子, LTahri, G. Cartry, J-M Layet M. Minissale, A. Heiler, R. Friedl, U. Fantz, 尾藤圭太,和田元
    • 学会等名
      第37回プラズマ核融合学会年会

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公開日: 2021-12-27  

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