高密度イオン性プラズマからの負イオン引出機構の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25249134
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 竹入 康彦 核融合科学研究所, その他部局等, 所長 (60179603)
• 研究分担者: 津守 克嘉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (50236949)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 磁場閉じ込め核融合 / 負イオン / NBI / 負イオン源 / ペアイオンプラズマ

研究実績の概要

負イオン源プラズマに形成されたイオン性プラズマの電位構造、粒子輸送、界面形成と負イオン引き出し機構の基本特性を明らかにし、高密度負イオンの生成と引き出しの最適化による負イオンビームの大電流化を図ることを目的として、本研究を実施した。
本研究の結果、イオン性プラズマでは外部から印加した電界が電子・正イオンプラズマに比べて引出領域に深く浸透することが明らかになった。粒子輸送については、水素正イオンと電子がドライバー領域の方向から両極性拡散によりプラズマ電極へ輸送されること、一方で水素負イオンは、電子と正イオンとは逆にプラズマ電極側からドライバー領域側に輸送されることを明らかにした。さらに、水素負イオンが引出領域のほぼ全域から引き出され、プラズマ電極の近くでは、ビーム引き出し前後の電子密度と負イオン密度が電子偏向磁石による磁力線構造に強く依存して変化することが明らかになった。また、3D3V-PICシミュレーションにより、現状では実験的に測定することが難しい引出領域内のメニスカス構造と荷電粒子分布を求めた。
以上の結果は、高密度負イオンの生成と引き出しの最適化による負イオンビームの大電流化に大きく貢献するものである。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Consorzio RFX(Italy)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Consorzio RFX
• [国際共同研究] Max-Planck IPP(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max-Planck IPP
• [雑誌論文] Negative ion production and beam extraction processes in a large ion source (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Tsumori, K. Ikeda, H. Nakano, M. Kisaki, S. Geng, M. Wada, K. Sasaki, S. Nishiyama, M. Goto, G.Serianni, P. Agostinetti, E. Sartori, M. Brombin, P. Veltri, C. Wimmer, K. Nagaoka, M. Osakabe, Y. Takeiri, and O. Kaneko
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 ページ: 02B936/1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4938254
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Installation of Spectrally Selective Imaging System in RF Negative Ion Source (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, D. Wunderlich, U. Fantz, B. Heinemann, M. Kisaki, K. Nagaoka, H. Nakano, M. Osakabe, K. Tsumori, O. Kaneko and Y. Takeiri
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 ページ: 02B113/1-3
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4932987
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improvement of accelerator of negative ion source on the Large Helical Device (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kisaki, K. Ikeda, M. Osakabe, K. Tsumori, H. Nakano, S. Geng, K. Nagaoka, O. Kaneko, and Y. Takeiri
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 ページ: 02B321/1-3
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4936249
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charged particle flows in the beam extraction region of a negative ion source for NBI (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Geng, K. Tsumori, H. Nakano, M. Kisaki, K. Ikeda, M. Osakabe, K. Nagaoka, Y. Takeiri, M. Shibuya, and O. Kaneko
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 ページ: 02B103/1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4931796
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Balmer-α spectrum measurements of the LHD one-third ion source (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Wada, T. Kenmotsu, M. Kisaki, H. Nakano, M. Nishiura, and K. Tsumori
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 ページ: 02B107/1-3
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4932319
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optics of the NIFS negative ion source test stand by infrared calorimetry and numerical modelling (2016)
  • 著者名/発表者名: P. Veltri, V. Antoni, P. Agostinetti, M. Brombin, K. Ikeda, M. Kisaki, H. Nakano, E. Sartori, G. Serianni, Y. Takeiri, and K. Tsumori
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 ページ: 02B908/1-3
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4932982
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cavity Ringdown Technique for negative-hydrogen-ion measurement in ion source for neutral beam injector (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Nakano, K. Tsumori, M. Shibuya, S. Geng, M. Kisaki, K. Ikeda, K. Nagaoka, M. Osakabe, Y, Takeiri and O. Kaneko
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 11 ページ: C03018/1-10
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Research progress on ionic plasmas generated in an intense hydrogen negative ion source (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takeiri, K. Tsumori, K. Ikeda, H. Nakano, M. Kisaki, K. Nagaoka, T. Tokuzawa, S. Geng, M. Osakabe, O. Kaneko, T. Kondo, M. Sato, M. Shibuya, S. Komada and H. Sekiguchi,
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1655 ページ: 060004/1-8
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4916473
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of Negative Ion Distribution Changes by Image Processing Diagnostic (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, H. Nakano, K. Tsumori, M. Kisaki, S. Geng, K. Nagaoka, Y. Takeiri, O. Kaneko
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1655 ページ: 060005/1-8
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4916447
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrogen atom temperature measured with wavelength- modulated laser absorption spectroscopy in large scale filament arc negative hydrogen ion source (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nakano, S. Nishiyama , M. Goto , K. Tsumori , M. Kisaki , K. Ikeda, K. Nagaoka , M. Osakabe , Y. Takeiri, O. Kaneko, and K. Sasaki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1655 ページ: 020018/1-7
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4916427
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Laser photodetachment diagnostics of a 1/3-size negative hydrogen ion source for NBI (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Geng, K. Tsumori, H. Nakano, M. Kisaki, K. Ikeda, Y. Takeiri, M. Osakabe, K. Nagaoka, and O. Kaneko
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1655 ページ: 040014/1-7
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4916456
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Multi-beamlet analysis of the MITICA accelerator (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Fonnesu, P. Agostinetti, G. Serianni, M. Kisaki and P. Veltri
  • 雑誌名: AIP conference proceedings 巻: 1655 ページ: 05008/1-8
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4916465
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial distributions of charged particles and plasma potential before and during beam extraction in a negative hydrogen ion source for NBI (2015)
  • 著者名/発表者名: Shaofei GENG, Katsuyoshi TSUMORI, Haruhisa NAKANO, Masashi KISAKI, Yasuhiko TAKEIRI, Masaki OSAKABE, Katsunori IKEDA, Ken-ichi NAGAOKA, Osamu KANEKO, Masayuki SHIBUYA and NIFS NBI Group
  • 雑誌名: Plasma Fusion and Research 巻: 10 ページ: 3405016/1-4
  • DOI: 10.1585/pfr.10.3405016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design, installation, commissioning and operation of a beamlet monitor in the negative ion beam test stand at NIFS (2015)
  • 著者名/発表者名: V. Antoni, P. Agostinetti, M. Brombin, V. Cervaro, R. Delogu, M. De. Muri, D. Fasolo, L. Franchin, R. Ghiraldelli, K. Ikeda, M. Kisaki, F. Molon, A. Muraro, H. Nakano, R. Pasqualotto, G. Serianni, Y. Takeiri, M. Tollin, K. Tsumori and P. Veltri
  • 雑誌名: AIP conference proceedings 巻: 1655 ページ: 060005/1-10
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4916474
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ＮＩＦＳ-Ｒ＆Ｄイオン源での統合的負イオンプラズマ計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Tsumori, S. Geng, K. Ikeda, H. Nakano, M. Kisaki, M. Wada, K. Sasaki, S. Nishiyama, G. Serianni, C. Wimmer, P. Agosttineti, E. Sartori, M. Brombin, K. Nagaoka, M. Osakabe, Y. Takeiri, O. Kaneko and NIFS NBI group
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会 年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-11-24 – 2015-11-27
• [学会発表] イメージング計測を用いた大型RF水素負イオン源引出領域の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 池田勝則, WUNDERLICH Dirk, 木崎雅志, 津守克嘉, 中野治久, 永岡賢一, GENG Shaofei, 長壁正樹, FANTZ Ursel, 金子修, 竹入康彦
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会 年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-11-24 – 2015-11-27
• [学会発表] Response of charged particle flows to the extraction field in a negative hydrogen ion source for NBI (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Geng, K. Tsumori, H. Nakano, M. Kisaki, K. Ikeda, M. Osakabe, K. Nagaoka, Y. Takeiri, M. Shibuya, and O. Kaneko
  • 学会等名: 第32回プラズマ・核融合学会 年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-11-24 – 2015-11-27
• [学会発表] Recent Studies of Hydrogen Negative Ion Source and Beam Production for NBI in Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, P. Agostinetti, M. Brombin, U. Fantz, S. Geng, O. Kaneko, M. Kisaki, K. Nagaoka, H. Nakano, M. Osakabe, E. Sartori,G. Serianni, Y. Takeiri, K. Tsumori, P. Veltri, C. Wimmer, and D. Wunderlich
  • 学会等名: The 25th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki Gifu, Japan
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Depth of Influence on the Plasma by Beam Extraction in a Negative Hydrogen Ion Source for NBI (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Geng, K. Tsumori, H. Nakano, M. Kisaki, K. Ikeda, M. Osakabe, K. Nagaoka, Y. Takeiri, M. Shibuya, and O. Kaneko
  • 学会等名: 25th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki Gifu, Japan
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-06
  • 国際学会
• [学会発表] Development of millimeter-wave interferometer for electron density measurements with beam extraction in the negative ion source (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tokuzawa, M. Kisaki, K. Nagaoka, K. Tsumori, K. Ikeda, H. Nakano, S. Geng, M. Osakabe, Y. Takeiri, and O. Kaneko
  • 学会等名: 25th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki Gifu, Japan
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-06
  • 国際学会
• [学会発表] Behavior of Negative Hydrogen Ion and Its Beam by Bias and Beam Extraction Voltages (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nakano, K.Tsumori, M. Kisaki, K. Ikeda, K. Nagaoka, M. Osakabe, Y. Takeiri and O. Kaneko
  • 学会等名: The 68th Gaseous Electronics Conference, the 9th International Conference on Reactive Plasmas and the 33rd Symposium on Plasma Processing
  • 発表場所: Honolulu, U.S.A.
  • 年月日: 2015-10-12 – 2015-10-16
  • 国際学会
• [学会発表] Cavity ringdown method for negative-hydrogen-ion measurement in ion source for neutral beam injector (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Nakano,
  • 学会等名: The 17th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics
  • 発表場所: Sapporo, Hokkaido
  • 年月日: 2015-09-27 – 2015-10-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Negative Ion Production and Beam Extraction Processes in a Large Ion Source (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Tsumori, K. Ikeda, H. Nakano, M. Kisaki, S. Geng, M. Wada, K. Sasaki, S. Nishiyama, M. Goto, G. Serianni, P. Agostinetti, E. Sartori, M. Brombin, P. Veltri, C. Wimmer, K. Nagaoka, M. Osakabe, Y. Takeiri, and O. Kaneko
  • 学会等名: the 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Charged Particle Flows in the Beam Extraction Region of a Negative Hydrogen Ion Source for NBI (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Geng, K. Tsumori, H. Nakano, M. Kisaki, K. Nagaoka, K. Ikeda, Y. Takeiri, M. Shibuya and O. Kaneko
  • 学会等名: the 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] Balmer-α Spectrum Measurement of the LHD One-Third Ion Source (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Wada, T. Kenmotsu, M. Kisaki, H. Nakano, M. Nishiura, K. Tsumori,
  • 学会等名: the 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] Installation of Spectrally Selective Imaging System in RF Negative Ion Source (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, D. Wunderlich, U. Fantz, B. Heinemann, M. Kisaki, K. Nagaoka, H. Nakano, M. Osakabe, K. Tsumori, O. Kaneko and Y. Takeiri
  • 学会等名: the 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] Optics of the NIFS Negative ion source test stand by infrared calorimetry and numerical modeling (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Veltri , V. Antoni , P. Agostinetti , M. Brombin, K. Ikeda, M. Kisaki, H. Nakano, E. Sartori, G. Serianni, Y. Takeiri and K. Tsumori
  • 学会等名: the 16th International Conference on Ion Sources
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-27
  • 国際学会