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2014 年度 実績報告書

水素負イオン源プラズマのモデリングと一様大面積負イオン生成・引き出しの物理

研究課題

研究課題/領域番号 24340146
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

畑山 明聖  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10245607)

研究分担者 宮本 賢治  鳴門教育大学, 大学院学校教育研究科, 准教授 (00532996)
水野 貴敏  玉川大学, 工学部, 准教授 (80512459)
深野 あづさ  東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (90259838)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード水素負イオン / プラズマ物理 / 電子エネルギー分布 / ビーム引き出し / PICモデル / ビームハロ / 表面生成 / メニスカス
研究実績の概要

水素負イオン源は、核融合プラズマ加熱、産業応用など、幅広い応用分野を有する。本研究は、マルチカスプ・アーク放電型水素負イオン源を対象とし、大型負イオン源からの一様・大電流かつ収束性の良い負イオンビーム引き出しの実現に不可欠な以下の課題を、数値モデリングの立場から明らかにすることを目的とした:1.負イオン生成の空間的非一様性発現機構の解明、2.多量の負イオン存在下でのプラズマ電位構造・引き出し界面形成機構の解明。これら目的に対して、今年度主として以下の成果を得た。
1. 非一様性発現機構の解明:1)非一様性改善のため提案されたテント型磁場配位を有するアーク放型電水素負イオン源に対して、電子エネルギー分布関数(EEDF)解析コードを適用した。非一様性発現機構の理解に重要なEEDFおよび解離性水素原子生成量の空間分布を計算した。その結果、一様性改善には側壁に沿ってイオン源全体を循環する電子ドリフト流の駆動が重要なことを示した。2)非一様性解明のため開発してきた水素中性粒子衝突輻射モデルを、今年度、加速器用高周波負イオン源にも適用し、水素原子からの発光強度を実験結果と比較することにより、その妥当性、信頼性を複数のイオン源で確認できた。 2. 負性プラズマ電位構造・引き出し界面形成機構の解明:1)空間3次元運動論的粒子(3D3V-PIC)コードによる負イオン引き出しシミュレーションを昨年度より継続して実施し、正イオン・電子・表面生成負イオンのダイナミックスと電極近傍の電位構造とを自己無撞着に計算した。その結果、空間2次元モデルにより昨年度まで得られた重要な知見(たとえばビームハロ発生機構)のほとんどが本質的には変わらないことが、3D3V解析でも確かめられた。2)一方で、興味深い新たな3次元効果として、ExBドリフトに起因する波動の励起とメニスカス形状の時間振動発生の可能性などを示した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (23件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effects of Background Plasma Characteristics on Tungsten Impurity Transport in the SOL/Divertor Region using IMPGYRO code2015

    • 著者名/発表者名
      S. Yamoto, Y. Homma, K. Hoshino, Y. Sawada, A. Hatayama, X. Bonnin, D. Coster, R. Schneider
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 1.Numerical and experimental study of atomic transport and Balmer line intensity in Linac4 negative ion source2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shibata, S. Mattei, K. Nishida, J. Lettry, and A. Hatayama
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1655 ページ: 020008-1-8

    • DOI

      10.1063/1.4916417

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of plasma meniscus formation and beam halo in negative ion source using the 3D3VPIC model2015

    • 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: 020012-1-7 (

    • DOI

      10.1063/1.4916421

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of the negative ion extraction mechanism from a double-ion plasma in negative ion sources2015

    • 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: 020011-1-7

    • DOI

      10.1063/1.4916420

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Initial results of a full kinetic simulation of RF H- source including Coulomb collision process2015

    • 著者名/発表者名
      S. Mochizuki, S. Mattei, T. Shibata, K. Nishida, A. Hatayama, and J. Lettry
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1655 ページ: 020016-1-7

    • DOI

      10.1063/1.4916425

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CERN’s Linac4 H- sources: Status and operational results2015

    • 著者名/発表者名
      J. Lettry,et.al, A. Hatayama(31人中15 番目)
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1655 ページ: 030005-1-11

    • DOI

      10.1063/1.4916432

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of negative hydrogen ion beam optics using the 3D3V PIC model2015

    • 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: 050004-1-9

    • DOI

      10.1063/1.4916461

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Test Simulations of Temperature Screening Effect by using Kinetic Monte Carlo Model2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Homma and A. Hatayama, Y. Sawada, S. Yamoto
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 9 ページ: 140395-1-6

    • DOI

      10.1585/pfr.9.140395

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Study of the H0 Atomic Density and the Balmer Line Intensity Profiles in a Hydrogen Negative Ion Sources with the Effect of Non-equilibrium Electron Energy Distribution Function2014

    • 著者名/発表者名
      T. Shibata, M. Kashiwagi, A. Hatayama, K. Sawada, T. Inoue and M. Hanada
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 9 ページ: 1401011-1-8

    • DOI

      10.1585/pfr.9.1401011

    • 査読あり
  • [学会発表] Physics of SOL/divertor plasmas in magnetic fusion (依頼講演)2014

    • 著者名/発表者名
      A. Hatayama, Y. Homma, S.Yamoto, H. Inoue, K. Takahara, T.Shibata
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] トカマク型核融合炉における不純物の温度遮蔽効果及びインワードピンチの新古典輸送モデリング2014

    • 著者名/発表者名
      本間裕貴,矢本昌平, 井上春如,畑山明聖
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会,Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [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揺動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
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] Study of Plasma Menisucus Formation and Beam Halo in Negative Ion Sources Using the 3D3VPIC Model2014

    • 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
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [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
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] 表面生成および体積生成負イオンを考慮した水素負イオン源引き出し領域近傍でのプラズマ分布2014

    • 著者名/発表者名
      深野あづさ,西岡 宗, 後藤一平,畑山明聖
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] 高周波放電型水素負イオン源粒子シミュレーションにおけるクーロン衝突のモデリング2014

    • 著者名/発表者名
      望月慎太郎,S. Mattei,柴田崇統,西田健治朗,畑山明聖,J. Lettry
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] トカマク型核融合炉における不純物の新古典輸送のモデリング2014

    • 著者名/発表者名
      井上春如,本間裕貴,矢本昌平,高原啓輔,畑山明聖
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] テント型磁場配位を用いた水素負イオン源プラズマの空間的非一様性形成機構に関する数値シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      山本尚史,柴田崇統,吉田雅史,畑山明聖,小島有志,柏木美恵子,花田磨砂也
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会、Plasma Conference 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ・新潟県・新潟市
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] Kinetic Modeling of Classical and Neo-Classical Transport for High-ZImpurities in Fusion SOL/Divertor Plasmas Using Binary Collision Method2014

    • 著者名/発表者名
      Y.Homma, H.Inoue, Y.Sawada, A.Hatayama
    • 学会等名
      FEC-2014, 25th IAEA Fusion Energy Conference
    • 発表場所
      St.Petersburg, Russian Federation
    • 年月日
      2014-10-13 – 2014-10-18
  • [学会発表] Numerical and experimental study of atomic transport and Balmer line intensity in Linac4 negative ion source2014

    • 著者名/発表者名
      T.Shibata, S. Mattei, S. Mochizuki, J. Lettry and A. Hatayama
    • 学会等名
      Proc. of the 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 発表場所
      Garching, Germany
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
  • [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
      Proc. of the 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 発表場所
      Garching, Germany
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
  • [学会発表] Study of Plasma Meniscus Formation and Beam Halo in Negative Ion Source Using the 3D3V PICModel2014

    • 著者名/発表者名
      S.Nishioka, K. Miyamoto, I. Goto, A. Hatayama and A. Fukano
    • 学会等名
      Proc. of the 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 発表場所
      Garching, Germany
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
  • [学会発表] Particle simulation of RF H- Source including Coulomb collision process2014

    • 著者名/発表者名
      S.Mochizuki, S. Mattei, T. Shibata, K. Nishida, A. Hatayama and J. Lettry,
    • 学会等名
      Proc. of the 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 発表場所
      Garching, Germany
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
  • [学会発表] CERN’s Linac4 H H- sources: Status and Operational Results2014

    • 著者名/発表者名
      J. Lettry,et.al , A.Hatayama(31人中15 番目)
    • 学会等名
      Proc. of the 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 発表場所
      Garching, Germany
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
  • [学会発表] Study of negative hydrogen ion beam optics using the 3D3V PIC model2014

    • 著者名/発表者名
      K.Miyamoto, S.Nishioka, I.Goto, A.Hatayama, M.Hanada and A.Kojima
    • 学会等名
      Proc. of the 4th International Symposium on Negative Ions, Beams and Sources
    • 発表場所
      Garching, Germany
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
  • [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] ダイバータと負イオン源のマルチスケールシミュレーション研究 シンポジウムV:発電実証に向けた核融合研究の進展 III (依頼講演)2014

    • 著者名/発表者名
      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
      2014-06-19 – 2014-06-20
  • [学会発表] 核融合境界層プラズマ中の不純物に働く熱力のモデリング-熱力の運動論的モデルと流体近似モデルの比較-」2014

    • 著者名/発表者名
      矢本昌平,本間裕貴,星野一生,澤田悠,畑山明聖,X. Bonnin, D. Coster, R. Schneider
    • 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
      2014-06-19 – 2014-06-20
  • [学会発表] 高周波放電型水素負イオン源における高密度プラズマ解析2014

    • 著者名/発表者名
      望月慎太郎,西田健治朗, S. Mattei, J. Lettry, 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
      2014-06-19 – 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
      2014-06-19 – 2014-06-20
  • [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,宮本賢治,後藤一平, 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
      2014-06-19 – 2014-06-20
  • [学会発表] Effects of Background Plasma Characteristics on Tungsten Impurity Transport in the SOL/ Divertor Region using IMPGYRO code2014

    • 著者名/発表者名
      S. Yamoto, Y. Homma, K. Hoshino, Y. Sawada, A. Hatayama, X. Bonnin, D. Coster, R. Schneider
    • 学会等名
      21th International Conference on Plasma Surface Interactions in controlled fusion devices
    • 発表場所
      県立音楽堂・石川県・金沢
    • 年月日
      2014-05-26 – 2014-05-30

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公開日: 2016-06-01  

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