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Analysis of electron energy distribution of an arc-discharge H$$^{-}$$ ion source with Monte Carlo simulation

モンテカルロシミュレーションを用いたアーク放電H$$^{-}$$イオン源の電子エネルギー分布解析

藤野 郁朗*; 畑山 明聖*; 高戸 直之*; 井上 多加志

Fujino, Ikuro*; Hatayama, Akiyoshi*; Takado, Naoyuki*; Inoue, Takashi

負イオン源におけるH$$^{-}$$イオン生成量の予測と最適化のために、電子エネルギー分布関数(EEDF)解析が必要である。われわれはタンデム型アーク放電イオン源のEEDFを解析する数値計算コードを開発した。これは、カスプ,フィルター、そして引出し電極中の磁石の効果を考慮した、3次元モンテカルロシミュレーションコードである。電子間のクーロン衝突は滝塚モデルに、また幾つかの非弾性衝突はnull-collision法に基づいて取り扱う。このコードを原子力機構10アンペア負イオン源体系に適用した結果、電子密度のオーダーは実験結果と良い一致を見た。加えて、本シミュレーションにより得られたEEDFは実験結果と定量的によく一致した。

For optimization and accurate prediction of the amount of H$$^{-}$$ ion production in negative ion source, analysis of electron energy distribution function (EEDF) is necessary. We developed a numerical code which analyzes EEDF in the tandem-type arc discharge source. It is a three-dimensional Monte Carlo simulation code with the effects of cusp, filter, and extraction magnets. Coulomb collision between electrons is treated with Takizuka's model and several inelastic collisions are treated with null-collision method. We applied this code to the JAEA 10 ampere negative ion source. As a result, the order of electron density is in good agreement with experimental results. In addition, the obtained EEDF is qualitatively in good agreement with experimental results.

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