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/D ion source for IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility)神藤 勝啓; Sen
e, F.*; Ayala, J.-M.*; Bolzon, B.*; Chauvin, N.*; Gobin, R.*; 一宮 亮; 伊原 彰; 池田 幸治; 春日井 敦; et al.
Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02A727_1 - 02A727_3, 2016/02
被引用回数：9 パーセンタイル：38.89(Instruments & Instrumentation)A high current ECR ion source producing 140 mA/100 keV D ion beams for IFMIF accelerator is now under commissioning at Rokkasho in Japan, under the framework of ITER Broader Approach (BA) activities. The ion source for IFMIF is required to produce positive deuterium ion beams with a high D ratio. After the mass separation in LEBT consisting of two solenoids, the D ratio should be higher than 95 % with less molecular ions and impurity ions at the entrance of RFQ linac to be installed downstream. The ion species have been measured by Doppler shift spectroscopy between the two solenoids. With hydrogen operation in pulsed and CW modes, the H ratio increases with RF power or plasma density and reached 80% at 160 mA/100 keV. The value was compared with that derived from the emittance diagram for each ion species measured by an Alison scanner installed nearby the viewport for the spectroscopy in the LEBT. It was found that the spectroscopy gives lower H ratio than the emittance measurement.
千葉 敦也; 宇野 定則; 大越 清紀; 山田 圭介; 齋藤 勇一; 石井 保行; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 水橋 清
JAEA-Review 2005-001, TIARA Annual Report 2004, p.358 - 360, 2006/01
TIARA静電加速におけるビーム発生・照射技術の開発に関する4つのテーマについて報告する。(1)透過型ビーム減衰器と透過型ビームモニターを組合せ、試料へのイオンビームの注入量を自動制御して一定に保つビーム電流安定化技術の開発を行い、ビーム電流を2%程度の誤差で長時間維持することに成功した。(2)シングルエンド加速器のマイクロビームラインに、新たな機能としてビーム走査制御用PCに設定したパターンを任意の倍率で試料上に描画照射できるシステムを開発し導入した。(3)シングルエンド加速器の電圧測定抵抗を放電の影響を受け難いと考えられる無誘導型の精密高抵抗に置き換えた。電圧測定精度や電圧安定度に変化が生じていないことを共鳴核反応を用いた測定電圧の校正及びビームエネルギー幅の測定により確認した。(4)Feイオンの生成試験を、イオン注入装置に搭載されたECRイオン源によりMIVOC法を用いて行った。その結果、6価までを1e
A以上の電流で生成及び加速することに成功した。
齋藤 勇一; 大越 清紀; 荒川 和夫
Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1502 - 1505, 2004/05
被引用回数：8 パーセンタイル：42.73(Instruments & Instrumentation)TIARAにおいて、材料等への重イオン深部注入を大電流で可能にするため、静電加速器の高電圧部に搭載することのできる、小型・省電力のECR多価イオン源を開発した。プラズマ閉じ込めのための磁場を永久磁石のみで形成し、トランジスタによりマイクロ波発信及び増幅を行うことで、TIARA400kVイオン注入器への搭載を可能とした。また、従来、引出イオンビーム量はプラズマ長に比例して増加するといわれていたものを、プラズマポテンシャルディップを考慮した理論を取り入れ、プラズマ長を短くし、平均磁場及びプラズマ径を増加させるように磁場分布を設計することにより、Arによる多価イオン生成テストにおいて、8W程度のマイクロ波電力で、Ar
の生成に成功し、Ar
においても70Aのビーム量が得られた。
渡邊 和弘; 伊賀 尚*; 森下 卓俊; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 谷口 正樹; 今井 剛
Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.186 - 188, 2003/08
IFMIFでは、加速器入射部として100keV,155mA出力で原子イオン組成比が90%以上、規格化エミッタンスが0.2mm・mrad以下の高輝度重水素正イオン源が要求されている。原研では、イオン源の方式選択に向けて、アーク放電型イオン源とマイクロ波イオン源の開発を行い、性能の比較を行った。アーク放電型ではイオン引き出し部への高速電子流出を抑制する磁気フィルター配位やフィラメント形状を改良してプロトン比90%を得た。マイクロ波イオン源では、92%の高プロトン比をアーク放電型より3倍以上の放電効率で得られた。一方、エミッタンスは、マイクロ波放電型では0.35mm・mradであり、アーク型での値0.27mm・mradに比べて幾分大きいことなどがわかり、加速器への適用にはさらなる改善が必要なことがわかった。
清水 崇司; 森下 卓俊; 柏木 美恵子; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 和田 元*; 今井 剛
JAERI-Tech 2003-006, 26 Pages, 2003/03
JAERI-Tech-2003-006.pdf:1.12MB
セシウム添加型負イオン源におけるプラズマ電極の材質の違いが、負イオン生成効率に与える影響について実験的に調べた。本研究においては、金,銀,銅,ニッケル,モリブデンの5種の電極について調べた。実験では、プラズマ電極がフィラメント陰極材によって覆われることを防ぐために、2.45GHzのマイクロ波イオン源を用い、各電極において仕事関数と負イオン電流の相関性を測定した。その結果、得られる負イオン電流量は、その時の電極の仕事関数によって一意的に決まり、電極材質そのものには無関係であることが明らかになった。つまり、電極材質の違いが仕事関数の違いをもたらし、仕事関数の違いによって負イオン生成量が変わることがわかった。用いた材質の中では、金が最も低い仕事関数1.42eVを示し、負イオン生成効率も20.7mA/kWの高い値を示した。この値は、従来から電極として用いられている銅やモリブデンより30%高い値であった。さらに、セシウムとタングステンを同時堆積させた場合には、24.6mA/kWと最も高い効率を得た。
表面生成に与える影響清水 崇司; 和田 元*; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 森下 卓俊; 雨宮 亨*; 今井 剛
第12回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム(BEAMS 2001)報文集, p.25 - 28, 2001/11
体積生成型負イオン源に少量のCsを添加すると、負イオン生成効率が3-5倍に増加することが知られている。そのため、核融合炉用などの大電流負イオン源として体積生成方式のセシウム添加型負イオン源が用いられている。Cs添加による負イオン生成の促進効果は、プラズマに直接面するプラズマ電極(PG)表面の仕事関数がCs吸着により下がることによって、表面生成効率が増加するためであると考えられている。セシウムが付着した場合のPG電極の仕事関数は電極材質によって異なるため、表面生成される水素負イオン量も電極材質によって違いがあることが予想される。本研究では、電極材質の違いが負イオン生成効率へ与える影響を調べるために、PG電極の材質(金,モリブデン等)を変えて、生成される負イオン電流値の比較を行った。その結果、Au,MoにそれぞれCsを添加した場合、負イオン電流値はCs/AuがCs/Moより1.5倍ほど高い値が得られ、電極材質の違いで負イオン生成量が大きく変化することが確認できた。
松田 誠; 竹内 末広; 小林 千明*
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.165 - 167, 1997/00
原研タンデム加速器から得られるビーム強度の増強と加速イオン種の拡大の目的からターミナルイオン源として永久磁石で構成される小型の電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオン源を設置する計画を進めている。ECRイオン源をターミナルイオン源として使用することでフォイルを使用せずに高多価、高強度のビームを得ようとするものである。また、これまでの負イオン源では不可能であった希ガスの加速が容易に行え加速イオン種の拡大が可能である。タンデム加速器内への設置には高電圧、高圧ガス中での放電及び圧力対策が必要となり、信頼性を上げるためにできる限り簡単なシステムとしたい。そのためにイオン源の運転パラメーターの最適化、簡略化も行った。特にRF源、冷却、ビームオプティクスについて新たに検討が必要となった。またECRイオン源から引き出されるビームには目的とするイオン以外に電荷、質量の異なるイオンが多数存在する。これらのイオンを加速管に入射する前にある程度の分離を行うために、限られたスペースの制約から45°電磁石を2つ組み合わせた入射系とし、加速管への負担を押さえる計画である。
横田 渉; 齋藤 勇一; 石井 保行; 奈良 孝幸; 荒川 和夫
Proc. of the 11th Int. Workshop on Electron Cyclotron Resonance Ion Sources; ECRIS 11, p.245 - 248, 1993/00
原研では、AVFサイクロトロンで加速できるイオン種とエネルギー範囲を拡大するために、新型のECRイオン源を開発している。これには、常伝導電磁石を用いたECRイオン源として最高の周波数である18GHzのマイクロ波を採用しており、極めて優れた多価イオン生成能力を出すことができる。また、電子銃を付加してさらに性能の向上を図ることや、金属イオンの生成がし易い様に、プラズマチェンバーに工夫がなされている。本講演では、ECRイオン源の基本性能を決定づけるミラー電磁石および多極永久磁石、プラズマチェンバー、さらにプラズマの大きさと形状を変えるために世界で初めて取付けるコイル磁石の設計結果について報告する。
横田 渉; 齋藤 勇一; 石井 保行; 奈良 孝幸; 荒川 和夫
Proc. of the 9th Symp. on Accelerator Science and Technology, p.92 - 94, 1993/00
原研AVFサイクロトロンで加速できるイオン種とエネルギー範囲を拡大するために、多価イオン生成能力の高いECRイオン源の開発を進めている。このイオン源には、常伝導電磁石を用いたものとしては世界最高の周波数である18GHzのマイクロ波を採用しており、これに対応して磁場強度も世界最高レベルである。電子銃を付加してさらに性能の向上を図ることや、金属イオンの生成がし易いようにプラズマチェンバーに工夫がなされている。本講演では、ECRイオン源の基本性能を決定づけるミラー電磁石、多極永久磁石、プラズマチェンバー、さらにプラズマの大きさと形状を変えるために世界で初めて取付けるコイル磁石の設計結果について報告する。
横田 渉; 奈良 孝幸; 荒川 和夫; 中村 義輝; 福田 光宏; 上松 敬; 奥村 進; 石堀 郁夫; 立川 敏樹*; 林 義弘*; et al.
Proceedings of 13th International Conference on Cyclotrons and Their Applications, p.336 - 339, 1993/00
原研AVFサイクロトロンには2つのイオン源が設置されている。1つは重イオン生成用のECRイオン源(OCTOPUS)、他は軽イオン用のマルチカスプイオン源である。イオンの生成およびサイクロトロンへのビームの入射は1991年より始められた。主にH
,D,He
,Ar
,Ar
およびKr
のイオンが生成され、サイクロトロンで加速されている。また、金属原素を含んだ物質で作ったロッドを直接ECRプラズマ中に入れる方法を用いて、金属イオンの生成を試みた。サイクロトロンへのビームの輸送効率は、ビームのエミッタンスや運動量の広がりに強く影響を受けるため、サイクロトロンのアクセプタンスとの関係が重要である。本論文では、これらのビーム特性とビームの輸送効率との関係、および金属イオン生成結果について報告する。
荒川 和夫; 中村 義輝; 横田 渉; 福田 光宏; 神谷 富裕; 奈良 孝幸; 上松 敬; 奥村 進; 石堀 郁夫; 田中 隆一; et al.
Proceedings of the International Conference on Evolution in Beam Applications, p.264 - 268, 1992/00
材料科学やバイオ技術等のR&Dに広く使用することを目的としてAVFサイクロトロン(K=110)を建設した。プロトンを90MeVまで加速するためにはディー電圧を60keV発生させることが必要であり、共振器をショート板方式に設計を変更した。重イオン用にECRを、軽イオン用にマルチカスプイオン源を採用し、外部からサイクロトロンにイオンを入射する方式とした。重イオンは炭素からキセノンイオン程度まで加速可能で、2.5
M~110Z
/M(MeV)(Z;荷電数,M;質量数)のエネルギー範囲が得られる。また、ゾームチョッパーによるシングルパルス照射及びビームスキャナーによる最大100100mmの面積まで均一照射が可能である。
荒川 和夫; 中村 義輝; 横田 渉; 福田 光宏; 神谷 富裕; 上松 敬; 奈良 孝幸; 林 義弘*; 石堀 郁夫; 田中 隆一; et al.
Proc. of the 4th China-Japan Joint Symp. on Accelerators for Nuclear Science and Their Applications, p.173 - 175, 1991/00
放射線高度利用研究を推進するための中核となるAVFサイクロトロンの建設が順調に進められている。1987年に製作がスタートしてから、これまでに主電磁石の磁場分布の測定及びRFシステムの特性を調べるための試験が行われた。ECRイオン源についても予備試験において規定のビーム電流の生成が確認された。本報告では、設計性能確認のための予備試験結果とともに、サイクロトロンシステム全体の概要について述べる。
荒川 和夫; 中村 義輝; 横田 渉; 福田 光宏; 神谷 富裕; 奈良 孝幸; 上松 敬; 奥村 進; 石堀 郁夫; 田中 隆一; et al.
Proc. of the 8th Symp. on Accelerator Science and Technology, p.34 - 36, 1991/00
JAERI AVFサイクロトロンは、プロトンを90MeVまで加速するためにRF共振器をショート板方式に設計変更するとともに、イオン源は重イオン用にECRを、軽イオン用にマルチカスプを採用し、外部入射方式とした。サイクロトロンは、昨年6月より据付を開始し、本年3月中旬にはファーストビームを得た。これまでにH,D,
He,
Ar,Ar,及び
Krの各イオンの加速テストに成功した。ビームの最大透過率は8.2%、引出し効率は65%である。P型とS型チョッパーを用い、He50MeVイオンで1.4s~1.0msのパルス間隔でシングルパルスの引き出しに成功した。
渡邊 和弘; 井上 多加志; 小島 啓明; 松田 恭博*; 奥村 義和
JAERI-M 90-219, 17 Pages, 1990/12
負イオン源における負イオン電流を簡易的に測定するための負イオンプローブを開発し、その初期実験を行なった。このプローブは原研で開発された負イオン源加速電極の単一孔の概念に基づいて設計されたものであり、水冷された同軸状銅製パイプの先端に取り付けられたプラズマ電極、電子抑制用磁石とフィンを有した引出し電極及び負イオン捕集カップから構成されている。まずはじめに超小型負イオン源の負イオン電流を測定し、ビーム引出し時に熱的に測定された負イオン電流値と比較し両者が良い一致を示すことを確認した。さらにECRイオン源において負イオン電流を測定した。これらの結果、本プローブが各種イオン源における負イオン電流の比較や負イオンの空間分布の測定に有効であることが確認できた。
松田 恭博*; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小島 啓明; 小原 祥裕; 奥村 義和; 渡邊 和弘
Proceedings of the 12th Symposium on Ion Sources and Ion-Assisted Technology, p.107 - 110, 1989/00
ECRプラズマ源にはカソードが必要ないことや低ガス圧で運転が可能などいくつかの利点がある。我々はこれらの特徴に注目し負イオン源並びにプラズマ中性化セルへの応用を目指した高密度ECRイオン源を開発した。生成されたプラズマのパラメータ測定には磁界に直交する様に挿入されたラングミューアプローブを用いた。水素プラズマにおいて負イオン生成に適した電子温度1eV、イオン飽和電流密度80mA/cmと比較的高密度のプラズマが生成された。またキセノンプラズマにおいては0.016Paと低ガス圧でJis=150mA/cmと電離度の高い高密度プラズマが得られた。以上の様にECRプラズマが負イオン源やプラズマ中性化セルへの応用に有効であることがわかった。
