磁気多極型イオン源における負イオン生成過程に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680568
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 宮本 斉児 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50294046)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯田 敏行 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60115988) ; 井上 正二 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10203233) ; 堀池 寛 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20252611)
• Keywords: 磁気多極型イオン源 / 負イオン / 体積生成 / カスプ磁場 / 放電電子の閉じ込め / 磁気フィルター / 静電バイアス

Research Abstract

核融合プラズマを加熱するために中性粒子ビーム入射(NBI)が用いられるが、装置が大型化し高いビームエネルギーが求められるようになるにつれ、中性化効率の観点から負イオン加速によるNBI装置が求められている。水素負イオンを安定して引き出すために、磁気多極型イオン源を用いた体積生成の実験を行い以下の結果を得た。
1.負イオンを生成するためには、引出し面付近の電子温度を下げることが肝要である。このためスーパーカスプ磁場配位などが考え出されたが、密度も同時に低下してしまうのが欠点であった。このため本実験では、密度の低下を起こさないよう通常の磁場配位とし、壁面の磁場による一次電子のトラップを利用し、イオン源内の電子温度を低下することをねらった。フィラメントから放出された一次電子の一部は壁面の磁場に巻きつきながら、壁面に沿って運動し、イオン源中心部には出て行かない。この壁面にトラップされる電子の割合を増やすため、フィラメントを通常より壁に近づけて放電を行った。この結果、引き出し面での電子温度を大幅に低下させる事ができた。計算機による一次電子の軌道計算を行ったところ、放出点が壁に近いほど壁磁場にトラップされやすいことがわかり、実験結果と一致した。本実験の方法で密度の低下を押さえつつ、電子温度を下げられることが確認できたが、ビームとして引き出してみると電子の割合が多く、これを改善することが今後の課題である。
2.引き出し電極前面にコィル型の磁気フィルターを挿入することで、負イオンの生成をコントロールすることができる。しかし、磁気フィルターによるプラズマの損失が大きく、密度を低下させてしまうのが欠点であった。この点を改善するために、磁気フィルターを静電的にバイアスする実験を行った。この結果、磁気フィルターをアークチャンバーに対して負にバイアスしたときに大きな改善が見られた。逆に正にバイアスすると、プラズマ密度が大きく低下した。電子の熱速度はイオンに比べて大きいため、電子の損失率のほうが高く、これを押さえることがプラズマ生成に有効であることがわかった。

Research Products

• [Publications] T.Kosaka, H.Yamashita, T.Ogata, S.Miyamoto, S.Inoue, H.Horiike: "Heat Flux to Magnetic Cusps and Discharge Paths in a Bucket Source"25^<th> International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Vol.1. 349-350 (2001)
• [Publications] T.Kosaka, H.Yamashita, S.Miyamoto, S.Inoue, H.Horiike: "Discharge Characteristics and H^-Production in a Bucket Ion Source"Review of Scientific Instruments. Vol.73(2). 961-963 (2001)