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論文

Acceleration of 1 MeV, 100 mA class H$$^{-}$$ ion beams in a proof-of-principle accelerator for ITER

井上 多加志; 谷口 正樹; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 森下 卓俊; 渡邊 和弘; 今井 剛

Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1819 - 1821, 2004/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:53.04(Instruments & Instrumentation)

ITER用負イオン加速器の原理実証試験を行っている。この加速器は、FRP絶縁管を真空境界として真空中に浸漬されるが、これまで絶縁管の耐電圧性能不足により、ビームエネルギーを制限されてきた。FRP,金属製フランジ及び真空の接点である三重点の電界強度を低減する大型の電界緩和リングを組み込んだところ、1MVの高電圧を2時間以上にわたって安定に保持することができるようになった。この結果を受けてビーム加速試験を行ったところ、900keV,100mAの水素負イオンビームを加速することに成功した。1MeVでは70mAと電流は低いものの、このレベルのビームを6日間にわたって130ショット(パルス幅1s)安定に加速することができた。

論文

High proton ratio plasma production in a small negative ion source

森下 卓俊; 井上 多加志; 伊賀 尚*; 渡邊 和弘; 今井 剛

Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1764 - 1766, 2004/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:37.25(Instruments & Instrumentation)

核融合加熱装置や大強度陽子加速器などにおいて必要とされる大電流密度負イオンビームを生成するためにはHやH$$^{+}$$からの表面生成を利用したイオン源が有効であり、閉じ込めの良い大型イオン源によって高プロトン比プラズマを生成する必要がある。しかしながら、従来、高プロトン比プラズマ生成が困難であると考えられていた小型のイオン源において800A/m$$^{2}$$の大電流密度負イオンビームが生成された。本研究では、イオン源内のプロトン比を実験的,解析的に調べ、小型イオン源におけるプロトン生成過程を調べた。小型のイオン源(容積1.4リットル,ガス圧1Pa)に磁気フィルターを適用し、正イオンビーム中のプロトン比を測定した結果、磁気フィルターによりプロトン比が2倍以上の90%にまで上昇した。次にレート方程式を用いてイオン密度を求め、プロトン比を評価した。その結果、小型のイオン源では、主放電領域でのプロトン比は40%程度と低いが、磁気フィルターによって高速一次電子の流入が抑制されるため引き出し領域では分子イオン生成は小さく、かつ活発に分子イオンの解離が進行するため、磁気フィルターによってプロトン比が向上することがわかった。

論文

Experimental comparison between plasma and gas neutralization of high-energy negative ion beams

花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 今井 剛

Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1813 - 1815, 2004/05

 被引用回数:18 パーセンタイル:67.21(Instruments & Instrumentation)

将来の核融合用中性粒子入射装置のシステム効率を50%以上にすることが可能なプラズマ中性化セルの原理実証試験を実施した。実験では、長さが2mで、直径が0.6mの多極磁場配位の大型プラズマ源を用いた。さらに、同プラズマ源の両端のビーム通過用開口部(直径: 0.2m)からの高速1次電子の閉じ込めを改善するために、一対のダイポール磁石を中性化セルの両端にそれぞれ極性を反転して取り付けた。その結果、0.002Pa-0.03Paという低い運転ガス圧領域において、中性化実験を実施するうえで最低限必要となる10$$^{11}$$-10$$^{12}$$cm$$^{-3}$$ 程度のアルゴンプラズマを生成することが可能となった。中性化実験では、200keVの水素負イオンビームの中性化効率をアルゴンプラズマとアルゴンガスに対して測定した。ガスのみで中性化した場合に比べて、プラズマで中性化した場合、中性化効率は6%程度増加するとともに、中性化効率を最大にする線密度は30%程度減少した。この結果は、イオンや原子の中性化断面積から求めた解析結果と良く一致した。本実験により、解析で予想されるように、プラズマを用いることによって、低いガス線密度で高い中性化効率が得られることが確かめられた。

論文

Numerical analysis of plasma spatial uniformity in negative ion sources by a fluid model

水野 貴敏*; 北出 祐基*; 畑山 明聖*; 櫻林 徹*; 今井 尚樹*; 森下 卓俊; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1760 - 1763, 2004/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:41.1(Instruments & Instrumentation)

核融合加熱に用いられる大面積負イオン源において、負イオンビームの空間的な非一様性が中性粒子入射加熱の高パワー化の大きな妨げとなっている。このビーム非一様性を改善するためにはイオン源内部のプラズマ分布の形成メカニズムを解明することが必要である。イオン源内のプラズマ分布に影響する要素として、負イオン生成を促進するための横磁場(磁気フィルター)によるローレンツ力が重要である。磁気フィルターの磁束密度はおよそ~100G程度であり、電子は磁化されているがイオンは磁化されていない。そこで、2次元流体モデル方程式を電子とイオンの2流体について連立し、イオン源引き出し領域におけるプラズマパラメータ分布を求めた。その結果、電子のExBドリフトよりも、正イオンに働くローレンツ力と慣性力の相乗作用による指向性運動がプラズマ分布の形成に大きく影響していることがわかった。この結果を定量的に実験結果と比較するため、フィルター磁場に沿った電子の損失を考慮した3次元モデルを現在構築中である

論文

Development of 13 GHz compact electron cyclotron resonance ion source

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:44.67(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$$^{12+}$$の生成に成功し、Ar$$^{4+}$$においても70$$mu$$Aのビーム量が得られた。

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