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Study of negative hydrogen ion beam optics using the 2D PIC method

2D PICコードを利用した水素負イオンビーム光学の研究

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 小島 有志

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

負イオンビーム光学を数値的に解析するため、統合2次元PICコードを開発している。このコードの特徴は、ソースプラズマから加速器までの全ての領域を含み計算することである。つまり、最初にプラズマメニスカスの形状を仮定することなく、負イオンの軌道を自己矛盾無く追跡することができる。今回、メニスカスの端部から引出された表面生成負イオンがビームハロの一因であることが分かった。これらの負イオンはメニスカスの曲率により過収束されるが、引出部の静電レンズでは修正されず、結果としてハロを形成する機構が示唆された。

We have developed the integrated 2D PIC code for the analysis of the negative ion beam optics, in which an overall region from the source plasma to the accelerator is modeled. Thus, the negative ion trajectory can be solved self-consistently without any assumption of the plasma meniscus form initially. This code can reproduce the negative ion beam halo observed in an actual negative ion beam. It is confirmed that the surface produced negative ions which are extracted near the edge of the meniscus can be one of the reasons for the beam halo: these negative ions are over-focused due to the curvature of the meniscus. The negative ions are not focused by the electrostatic lens, and consequently become the beam halo.

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