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論文

Beamlet deflection due to beamlet-beamlet interaction in a large-area multiaperture negative ion source for JT-60U

鎌田 正輝; 花田 磨砂也; 池田 佳隆; Grisham, L. R.*; Jiang, W.*

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02C114_1 - 02C114_3, 2008/02

 被引用回数:14 パーセンタイル:36.76(Instruments & Instrumentation)

JT-60U負イオン源は1080孔(24$$times$$9$$times$$5セグメント)の多孔電極を用いて22Aの大電流D-ビームを発生する設計である。このようなマルチビームレットの加速においては、ビームレット相互作用によって周辺ビームレットが外側へ偏向される問題があり、ビームを電極と衝突させずに加速して狭い入射ポートへ向けて集束するためには、ビーム軌道の補正が課題である。JT-60U負イオン源のビーム軌道を明らかにするために、マルチビームレットの3次元軌道計算と実測値を比較した。計算モデルは、ビームレット相互作用,ビーム集束のための電極孔軸変位,電子抑制用のダイポール磁場を考慮した。計算では、周辺ビームレットの偏向角度はビームレットの数とともに増加したが、10本以上になると6mradで飽和した。このことは、JT-60Uのような大面積多孔負イオン源においても、ビームレット相互作用によるビーム偏向を10本のビームレットによって計算できることを示している。引き出し電極に薄板を加えて周辺ビームレットの偏向を補正する実験において、その偏向角度の実測値は同計算モデルで定量的に説明できた。これらの結果から、大面積多孔負イオン源におけるビーム軌道の偏向特性が明らかになり、同計算モデルを用いてビーム軌道の補正手法を確立できる見通しを得た。

論文

Long pulse production of high current D$$^{-}$$ ion beams in the JT-60 negative ion source

花田 磨砂也; 鎌田 正輝; 秋野 昇; 海老沢 昇; 本田 敦; 河合 視己人; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A519_1 - 02A519_4, 2008/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.75(Instruments & Instrumentation)

高出力負イオンビームの長パルス化研究をJT-60負イオン源を用いて実施した。長パルス化上で問題となる耐電圧特性及び電極熱負荷について調べ、運転条件を最適化した。耐電圧特性に関しては、真空状態である負イオン源内部において、加速電圧印加時に発生する発光と耐電圧特性の相関関係を調べた。分光測定の結果、発光は繊維強化プラスチック(FRP)製絶縁管に電子が衝突することにより、絶縁管自体がカソードルミネッセンスにより発光していると推察された。さらに、発光強度と耐電圧特性の相関関係から、発光がほぼ零となるときに、イオン源は放電破壊は十分に抑制され、安定に動作することがわかった。発光がほぼ零となる加速電圧($$<$$340kV)で、負イオン源の長パルス化を図った。電極熱負荷に関しては、負イオン生成のためのアーク放電電力や引き出し電圧を最適化することによって、加速電極熱負荷を許容値($$<$$1MW)に抑制した。JT-60に設置されている負イオン源2台それぞれに対して、これらの運転条件を最適化した結果、各イオン源から320keV,約10A重水素負イオンビームを、従来より2倍長い21秒間安定に生成した。中性化後の重水素ビームパワーは3.2MWに達しており、世界で初めて、数MW級の中性粒子を20秒以上入射することに成功した。

論文

Development and operation of a Cs-free J-PARC H$$^{-}$$ ion source

小栗 英知; 上野 彰; 滑川 裕矢; 大越 清紀; 近藤 恭弘; 池上 清*

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A506_1 - 02A506_4, 2008/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:60.4(Instruments & Instrumentation)

J-PARCで使用するセシウム未添加型LaB6フィラメント点火方式の負水素イオン源の開発を行った。本イオン源は、2006年11月20日より開始されたJ-PARC用リニアックのビームコミッショニング用として稼動している。ビームコミッショニングは2007年6月末までに1回あたり2週間のランを9回実施する予定である。本イオン源は、コミッショニング中、おもにビーム電流5mA、デューティーは0.8%(パルス幅0.32msec,繰り返し率25Hz)で運転されている。ビームコミッショニングの合間にはフィラメント挿入位置などの最適化実験も実施しており、現状、最大ビーム電流39mA,デューティー0.8%のビーム引き出しに成功している。

論文

Uniform H$$^{-}$$ ion beam extraction in a large negative ion source with a tent-shaped magnetic filter

戸張 博之; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 井上 多加志; 坂本 慶司; 高戸 直之*

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02C111_1 - 02C111_4, 2008/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:33.03(Instruments & Instrumentation)

負イオンビームの一様性改善研究の成果に基づいて、従来用いてきた強い横磁場を印加する外部磁気フィルタに代えて、対称な閉じ込めカスプ磁場と「テント」型磁気フィルタを組合せた新たな磁場配位を原子力機構の10アンペア負イオン源に適用した。その結果、対称な磁場配位中で1次電子の周方向へのドリフトが促進され、これまで問題となっていた1次電子及びソースプラズマの局在化が解消された。170mm$$times$$340mmのイオン引き出し面から加速された負イオンビームは、その空間分布の偏差が外部磁気フィルタ印加時の16%から7.9%に低減し、ITER NBIの要求を満たす均一性の高い負イオンビームの生成を実証した。

論文

Direct plasma injection scheme with beam extraction in a radio frequency quadrupole linac cavity

柏木 啓次; 岡村 昌宏*; 田村 潤*; 高野 淳平*

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02C716_1 - 02C716_4, 2008/02

直接プラズマ入射法は、レーザーイオン源とRFQ線形加速器を直接接続することによって、大強度の重イオンビームを生成することを目的とした、イオン源から加速器へのビーム入射方法である。この方法において、ビームを引き出す位置である空洞端部から加速器の収束力が働く電極部までの空間をビームが進行する間にビームが広がることによって、ビーム損失が起こることが、筆者の解析によって明らかになっている。本研究では、ビーム引き出しをRFQ空洞内の加速電極先端部で行うことにより、ビームをプラズマから引き出した直後にRFQの四重極電場に捕獲させ、問題となっているビーム損失を低減することを目的としている。まず、挿入電極の空洞の高周波特性への影響及び、加速電極の電場分布への影響を測定し、空洞内にビーム引き出し電極を設置可能なことを確認した。次に、アルミニウムイオンの加速テスト実験を行い、加速器内部のビーム引き出しを行った場合、従来の方法に比べて加速ビーム電流が増加することを実証し、本方法の有効性を確認した。

論文

Acceleration of ampere class H$$^{-}$$ ion beam by MeV accelerator

谷口 正樹; 井上 多加志; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 坂本 慶司; 大楽 正幸

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02C110_1 - 02C110_3, 2008/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:38.99(Instruments & Instrumentation)

The H$$^{-}$$ accelerator R&D to realize the ITER NB is on going at JAEA. Up to 2005, 836 keV, 146 A/m$$^{2}$$ H$$^{-}$$ beam was successfully accelerated, as the highest record of the current density at MeV class energy beams. In the present work, high current negative ion beam acceleration test was performed by increasing the beam extraction apertures from 3$$times$$3 to 4$$times$$4. The highest H$$^{-}$$ current of 322 mA was obtained at the energy of 753 keV. The acceleration of H$$^{-}$$ beam of this level was repeated for a dozens of shots. After the high current density H$$^{-}$$ ion beam acceleration above, performance of the KAMABOKO negative ion source degraded with fewer enhancements in negative ion current density under the Cs seeded condition. This was due to air leaks by high power loadings on the KAMABOKO source by the backstream positive ions. The paper reports the ion source operation in such high power negative ion beam acceleration with an estimate of heat loading by the backstream positive ions.

論文

Negative ion production in cesium seeded high electron temperature plasmas

井上 多加志; 戸張 博之; 高戸 直之*; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 畑山 明聖*; 和田 元*; 坂本 慶司

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02C112_1 - 02C112_4, 2008/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.33(Instruments & Instrumentation)

大型負イオン源の一様性改善の実験研究において、負イオンビームと電子温度の空間分布には急峻な勾配が観察されている。Cs添加前後で、電子温度分布に変化はなかったが、負イオンビームの空間分布における勾配は、Cs添加前後で反転した。これは、Cs添加時に高電子温度プラズマ領域で負イオン生成が促進されていることを示している。本論文では簡単な解析から、負イオンの親粒子である原子状水素や陽子の生成に高電子温度プラズマが有効であり、このため負イオン生成が促進されることを明らかにした。

論文

Surface discharge related properties of fiberglass reinforced plastic insulator for use in neutral beam injector of JT-60U

山納 康*; 高橋 昌宏*; 小林 信一*; 花田 磨砂也; 池田 佳隆

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A524_1 - 02A524_4, 2008/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.02(Instruments & Instrumentation)

JT-60Uの500keV負イオンNBIでは半径1.8m,長さ0.315mのFRP絶遠管を3個用いた3段加速構造を有している。これまでの結果、ビーム引出しがない場合でも耐電圧は460kV以下であり、その原因の1つとして、FRPの沿面放電が考えられる。本研究は、FRPの抵抗,2次電子放出率,カソードルミネッセンス,電子脱離ガスに関する測定結果を報告する。

論文

Spectroscopic observations of beam and source plasma light and testing Cs-deposition monitor in the large area negative ion source for LHD-NBI

岡 良秀*; 津守 克嘉*; 池田 勝則*; 金子 修*; 永岡 賢一*; 長壁 正樹*; 竹入 康彦*; 浅野 英児*; 駒田 誠司*; 近藤 友紀*; et al.

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02C105_1 - 02C105_4, 2008/02

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

LHD用負イオンNBI装置における、ビーム引出時のプラズマ源中のセシウム(Cs)分光強度を調べた。その結果、ビーム加速を行うと、CsI(中性Cs)とCsII(Cs$$^{+}$$)の両方の分光ラインが急激に増加し、その増加は10秒パルスの間、継続することが明らかとなった。この原因は、正イオンの逆流がプラズマ源の内壁に衝突し、内壁に付着していたCsを蒸発/スパッターするのではないかと考えている。

論文

Effect of energy relaxation of H$$^{0}$$ atoms at the wall on the production profile of H$$^{-}$$ ions in large negative ion sources

高戸 直之*; 松下 大介*; 藤野 郁朗*; 畑山 明聖*; 戸張 博之; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A503_1 - 02A503_4, 2008/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.02(Instruments & Instrumentation)

原子力機構の大型負イオン源「10アンペア負イオン源」内での、水素原子H$$^{0}$$生成と輸送過程を3次元モンテカルロ輸送コードで数値的に解析した。Cs添加による表面生成負イオンH$$^{-}$$生成促進があるものと仮定し、イオン源内の負イオン生成分布をも計算した。この解析では、水素原子から負イオンが表面生成する過程における水素原子のエネルギー緩和過程に注目した。解析結果は、水素原子の壁でのエネルギー緩和過程を考慮することによって、負イオン生成の空間分布は水素原子の生成分布を反映することが明らかになった。

論文

Numerical analysis of H$$^{-}$$ ion transport processes in Cs-seeded negative ion sources

松下 大介*; 高戸 直之*; 畑山 明聖*; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A527_1 - 02A527_4, 2008/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.75(Instruments & Instrumentation)

表面生成H$$^{-}$$イオンの引き出し機構理解のため、その輸送過程を数値計算した。本計算では、原子力機構の10アンペア負イオン源体系において、H$$^{-}$$イオン引き出し確率を計算するために、3次元モンテカルロ輸送コードを適用した。H$$^{-}$$イオン引き出しに及ぼす(1)磁気フィルター磁場、並びに(2)中性粒子(H$$^{0}$$及びH$$_{2}$$)との衝突、の効果を系統的に調べた。その結果、低ガス圧条件下では、H$$^{-}$$イオン引き出しは磁気フィルター磁場に大きく依存することが判明した。さらに、フィルター磁場がなければ引き出されるH$$^{-}$$イオン量は10アンペア負イオン源での実験結果よりも低くなるはずとの結果が得られた。今後さらに局所電場構造他の影響を議論する。

論文

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

藤野 郁朗*; 畑山 明聖*; 高戸 直之*; 井上 多加志

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A510_1 - 02A510_3, 2008/02

 被引用回数:20 パーセンタイル:28.19(Instruments & Instrumentation)

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。

論文

KEKCB electron cyclotron resonance charge breeder at TRIAC

今井 伸明*; Jeong, S.-C.*; 小柳津 充広*; 新井 重昭*; 渕 好秀*; 平山 賀一*; 石山 博恒*; 宮武 宇也; 田中 雅彦*; 岡田 雅之*; et al.

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A906_1 - 02A906_3, 2008/02

 被引用回数:12 パーセンタイル:41.29(Instruments & Instrumentation)

KEKCBは、18GHzの電子共鳴型(ECR)イオン源で、タンデムに設置された短寿命核分離加速実験装置(TRIAC)の一部として、上流で生成され質量分離された短寿命原子核の1+イオンを、ビーム軸上のECRプラズマに入射することで、多価のイオンへその場変換する装置である。これまでの開発研究によって、クリプトン,キセノン等のガス状元素やバリウム,インジウム等の非ガス状元素に対して、質量/電荷比が7以下の多価イオンにまで変換する効率を、それぞれ7%, 2%にまで向上することができた。また、短寿命な同位元素による測定と比較することで、この変換効率は、1秒程度の半減期を持つ同位元素に対しては、変わらないことを確かめた。従来見られていた出力ビーム中のバックグランドは、プラズマ壁及び電極の全アルミ化,高圧純水洗浄等により、10$$^{8}$$ppsから600ppsにまで落とすことができた。

口頭

KEKCB; ECR charge breeder at TRIAC

今井 伸明*; Jeong, S.-C.*; 小柳津 充広*; 新井 重昭*; 渕 好秀*; 平山 賀一*; 石山 博恒*; 宮武 宇也; 田中 雅彦*; 岡田 雅之*; et al.

no journal, , 

KEKCBはTRIACにおける一価のイオンを多価イオンに変換するためのECR型イオン源である。KEKCBを用いることで、一価の気体イオン及び非気体イオンを、A/q$$simeq$$7について、それぞれ7%及び2%の効率で多価イオンに変換することができた。これらの効率は秒オーダーでは半減期によらないことがわかった。また、3つのコリメータをKEKCBの前後に設置してビーム軸を規定することで、KEKCBへのビーム入射時のビームハンドリングが容易となった。さらに、電極及びプラズマチェンバー表面の研磨・洗浄により、KEKCBのECRプラズマからの不純物が劇的に減少した。

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