Simple 3D PIC analysis for beam phase space oscillation in RF driven negative hydrogen ion source

高周波駆動負水素イオン源でのビーム位相空間振動に対する3次元PIC解析

柴田 崇統*; 神藤 勝啓   ; 中野 治久*; 星野 一生*; 宮本 賢治*; 大越 清紀 ; 南茂 今朝雄*; 池上 清*; 川井 勲*; 小栗 英知  ; 和田 元*

Shibata, Takanori*; Shinto, Katsuhiro; Nakano, Haruhisa*; Hoshino, Kazuo*; Miyamoto, Kenji*; Okoshi, Kiyonori; Nammo, Kesao*; Ikegami, Kiyoshi*; Kawai, Isao*; Oguri, Hidetomo; Wada, Motoi*

高周波イオン源より引き出された負水素イオンビームの位相空間での振動について、電子、陽子および負水素イオンのイオン源引出領域での輸送過程を考慮した単純な3次元のParticle-In-Cell(PIC)法で調べた。J-PARC高周波負水素イオン源の配位で単孔の引き出し孔近傍を計算領域とした。プラズマ密度振動と引き出された負水素イオンビームの特性を理解するために、イオン源内のドライバー領域プラズマからの電子及び陽子の流れをプラズマ生成のために駆動している高周波の基本波(2MHz)と2倍高調波(4MHz)で変化させて、シミュレーションを実施した。数値解析の結果、プラズマパラメータの振動と様々な高周波位相で引き出された負水素イオンの軌道との間で主な物理過程が見いだされた。本発表では、振動の機構を抑える対処法についても議論する。

Oscillation of the negative hydrogen ion (H) beam phase space in Radio Frequency (RF) ion source is investigated by a simple 3D Particle-In-Cell (PIC) model which takes into account the transport processes of electron, proton and H in the extraction region. The calculation domain is in vicinity of the single beam aperture in J-PARC ion source configuration. In order to understand relation between the plasma density oscillation and the extracted H beam characteristics, the input electron and proton fluxes from the driver region are varied parametrically with the 1st and the 2nd harmonics of the J-PARC RF frequency (2 or 4 MHz). The numerical results give an idea to the main physical processes between the oscillations of the plasma parameters and the extracted H ion trajectories in the different RF phases. Countermeasures to reduce the oscillation mechanisms are also discussed in the presentation.