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Numerical analysis of surface produced H$$^{-}$$ ions by using two-dimensional particle-in-cell method

2次元PIC法を用いた表面生成水素負イオンの数値計算

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也

Miyamoto, Kenji*; Okuda, Shin*; Hatayama, Akiyoshi*; Hanada, Masaya

2次元PICシミュレーションを利用して負イオン源のモデリングと数値解析が進められており、今回プラズマ電極上に水素負イオンを発生させた場合の効果について調べた。自己矛盾のないPIC計算を行い、タイムステップあたりの負イオン発生量を増加させることにより負イオン電流密度を増加させると、負イオンと共に引出される電子電流が減少し、実際の負イオン源で発生している現象を再現することができた。さらに、プラズマ電極表面での準中性化は水素の正イオンと負イオンにより保たれていることが分かった。

The modeling and analysis of a negative ion source is proceeding by using a 2D particle-in-cell simulation. The effect of the H$$^{-}$$ ion production on the plasma grid (PG) surface is investigated. It is shown that with the increase of H$$^{-}$$ ions per time step, the H$$^{-}$$ ion current density is enhanced, while the electron current density decreases with increasing the H$$^{-}$$ production rate on the PG surface. Theseresults agree well with the experimental results observed in typical negative ion sources. Moreover, it is found that plasma quasi-neutrality is held mainly by both H$$^{+}$$ and H$$^{-}$$ ions in the bulk plasma.

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