高密度イオンビームを用いた新世代・電子-イオン衝突実験

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16540363
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 坂上 裕之 核融合科学研究所, 連携研究推進センター, 助手 (40250112)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 櫻井 誠 神戸大学, 理学部, 助教授 (90170646) ; 平山 孝人 立教大学, 理学部, 助教授 (40218821) ; 山田 一博 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (80222371)
• Keywords: 電子衝突 / イオン励起過程 / Auger電子分光 / 電離断面積

Research Abstract

核融合プラズマのような高温プラズマ中で起こりうる多くの原子衝突過程の中で電子・イオン衝突過程はプラズマ制御、計測において非常に重要な過程であり、また原子・分子物理学の分野においても最も興味ある過程の一つであることから、研究が進められている。
この電子-イオン衝突における励起過程の研究では、その衝突断面積の小ささと標的イオン密度の低さから非常に困難な実験となる。我々はこの困難さを克服するため、現在まで電子・イオン衝突実験専用の大強度イオン源を開発し、またノイズに強いタンデム型の静電型放出電子分光器も独自に開発した。ここで問題となっているのは大強度のイオンが作る空間電荷である。まず我々はこの空間電荷による効果を観測するために、電子-Xe原子衝突におけるN_5O_<2,3>O_<2,3>(^1S_0)Auger過程のスペクトルを測定しながら、同時にその衝突領域にKr^+イオンビームを入射し、スペクトルに対する入射イオンの効果を強度依存性測定した。それによると、衝突過程に直接寄与しないKr^+イオンのビーム強度が大きくなるにしたがってAuger電子エネルギーが低エネルギー側にシフトし、その量が大きくなってくることが観測された。これはイオンビームが作り出す正の空間電荷による衝突領域の電位変化に起因するものであり、この測定方法によって空間電荷を評価することが可能になった。また、Augerピークの半値幅の変化も測定された。衝突領域のイオンビームの空間電荷による電位分布変化で、半値幅が増加し分解能が悪化する様子を捕られた。イオン電流が4μA近くなると半値幅の増加は50meV以上になった。現在の放出電子分光測定の分解能目標は50meVであり、このような高分解能測定を行う場合、イオンが作る空間電荷を分解能以下に低減する必要がある。そこで我々は独自のイオンビーム空間電荷の低減方法を試みている。イオンビームのビーム中心にタングステン細線のコイル(イオンビーム径より小さい)を平行に挿入し、衝突用の電子ビームを入射させる。電子はイオンビームと衝突する他、コイルとも衝突し低エネルギーの二次電子を放出する。この二次電子によりイオンビームの空間電荷をキャンセルさせ衝突領域の電位をなくそうというものである。現在この試験をくり返し行い最適条件をみつけ、電子・イオン衝突過程の放出電子分光測定に移って行く。

Research Products

• [Journal Article] Dielectronic recombination of He-like to C-like iodine ions (2007)
  • Author(s): H.Watanabe, H.Tobiyama, A.P.Kavanagh, Y.M.Li, N.Nakamura, H.A.Sakaue, F.J.Currell, S.Ohtani
  • Journal Title: Physical Review A 75 Pages: 012702
  • Description: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [Journal Article] Recent Activities at The Tokyo EBIT 2006 (2007)
  • Author(s): Nobuyuki Nakamura, Fred J.Currell, Daiji Kato, Anthony P.Kavanagh, Yueming Li, Shunsuke Ohtani, Hiroyuki A.Sakaue, Makoto Sakurai, Jian Sun, Satoshi Takahashi, Masahide Tona, Hirofumi Watanabe, Chikashi Yamada, Nobuo Yoshiyasu
  • Journal Title: Canadian Journal of Physics (to be published)
  • Description: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [Journal Article] Interference between dielectromic and radiative recombination in electron-highly charged Bi (2007)
  • Author(s): H.Tobiyama, H.Nohara, A.P.Kavanagh, N.Nakamura, H.Watanabe, H.A.Sakaue, Y.Li, D.Kato, F.J.Currell, C.Yamada, S.Ohtani
  • Journal Title: Journal of Physics Conference Series 58 Pages: 239-242
• [Journal Article] Resonant Electron Processes with Open-shell Highly Charged Ion Targets (2007)
  • Author(s): N.Nakamura, H.Tobiyama, H.Nohara, A.P.Kavanagh, H.Watanabe, H.A.Sakaue, Y.Li, D.Kato, F.J.Currell, S.Ohtani
  • Journal Title: Journal of Physics Conference Series 58 Pages: 267-270
• [Journal Article] Total Electron Transfer Cross Sections for Highly Charged Ion-Alkali Metal Atom Collisions (2006)
  • Author(s): H.A.Sakaue, K.Hosaka, H.Tawara, I.Yamada, N.Nakamura, S.Ohtani, A.Danjo, M.Kimura, A.Matsumoto, M.Sakurai, M.Yoshino
  • Journal Title: Journal of Plasma Fusion Research Series Vol.7 Pages: 195