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論文

Development of an H$$^{-}$$ ion source for the high intensity proton Linac

小栗 英知; 奥村 義和; 長谷川 和男; 滑川 裕矢*; 下岡 隆*

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.1021 - 1023, 2002/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:33.35(Instruments & Instrumentation)

原研では素粒子原子核研究、物質生命科学研究及び核変換技術開発を目的としたビームパワー1MWの大強度陽子加速器施設の建設を計画している。本計画で使用する負イオン源では、ビーム強度60mA以上、規格化エミッタンス0.15pimm.mradのビーム引出が要求されている。そのため体積生成型負イオン源を設計・製作し、目標達成に必要な実験データの収集を行った。イオン源のソースプラズマはタングステンフィラメントを用いたアーク放電にて生成する。ビーム強度を上げるために、アークチェンバー中にセシウム蒸気を導入する。ビーム引き出し系は3枚の電極で構成され、ビーム孔の寸法は8mmである。今までのところ、ビームエネルギー70keV、デューティー5%の条件下でアーク放電電力30kWに対しビーム電流40mAのビーム引き出しに成功している。セシウムを導入するとビーム強度はアーク放電電力に比例して増加することが分かったので、今後、さらに大出力のアーク電源を用いてビーム試験を行う予定である。

論文

Optimization of negative ion extractor in a JAERI 400 keV H$$^{-}$$ ion source

高柳 智弘; 池畑 隆*; 奥村 義和; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 雨宮 亨*; 柏木 美恵子

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.1061 - 1063, 2002/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.98(Instruments & Instrumentation)

負イオンの引き出し加速系では、引き出し電極に埋め込んだ永久磁石によるダイポール磁場によって電子を偏向させ加速部へ流出するのを抑制している。負イオンもわずかではあるがこの磁場によってその軌道が偏向される。高収束の負イオン加速器を実現するうえでは、この負イオンビームの偏向の度合いを詳細に把握することが必要である。そこで、引き出し電極の磁場が負イオンビームの軌道に与える影響を調べるため、原研の400keV負イオン源用いて、プラズマ電極と引き出し電極のギャップを変えてプラズマ引き出し面の磁場を変化させ、そのときの負イオンビームの偏向角度を調べた。その結果、プラズマ電極と引き出し電極のギャップを3mmから9mmとし積分値が310Gauss・cmから160Gauss・cmと減少したとき、ビームの偏向角度が9.5mradから6.4mradへと減少することがわかった。しかし、この場合の磁場積分値と偏向角度の比は、それぞれ1.9:1と1.5:1で一致しなかった。ビームの偏向角度には、3段加速電極の静電レンズ効果が含まれ、ダイポール磁場の積分値だけに依存しないことがわかった。また、偏向角度はビームのエネルギーに反比例することを明らかにした。これらの実験により得られた結果は、3次元軌道計算ソフトOPERA-3Dを用いて行った軌道解析の結果と良い一致を示した。

論文

Optimization of plasma grid material in cesium-seeded volume negative-ion sources

柏木 美恵子; 森下 卓俊; 奥村 義和; 谷口 正樹; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; Krylov, A.*

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.964 - 966, 2002/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:48.15(Instruments & Instrumentation)

中性粒子入射装置の負イオン源において、セシウム(Cs)を添加することで負イオン電流密度が増加する。そのときプラズマ電極表面の仕事関数が下がり、電極表面での負イオン生成が促進されることがわかっている。負イオン生成効率をあげるためには、より低仕事関数電極を用いることが重要である。そこで、フィラメントフリーのマイクロ波水素プラズマ源を用い、Cs添加時における9種類の金属の表面状態を調べた。表面状態の観察にはAr$$^{+}$$レーザー(488nm)を用い、これを電極表面に照射したときの光電子電流を測定した。仕事関数が低いとき、より高い光電子電流が得られる。その結果、金、銀、ニッケルで光電子電流が最も高く、仕事関数が低いことがわかった。フィラメント材料であるタングステンはその67%、従来の電極材料であるモリブデンはその17%となった。この結果から、従来よりもさらに負イオン電流の増加が期待できる低仕事関数の電極の見通しを得た。

論文

Development of a large volume negative-ion source for ITER neutral beam injector

渡邊 和弘; 雨宮 亨*; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 今井 剛; 井上 多加志; 柏木 美恵子; 栗山 正明; 森下 卓俊; 奥村 義和; et al.

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.1090 - 1092, 2002/02

 被引用回数:18 パーセンタイル:30.49(Instruments & Instrumentation)

ITER用の中性粒子入射装置(NBI)には、1MeV,40Aでパルス幅1000秒以上の大出力負イオン源が要求されており、その設計を完了した。負イオン生成部は原研独自のカマボコ型負イオン源の特徴を生かした構造であり、負イオン加速部には5段の静電加速方式を採用した。負イオンは60cm$$times$$160cmの領域に配置した直径14mmの円孔1300個から引き出され加速される。大面積から引き出されたビームを効率良く入射させるため、電極の傾斜や孔軸変位,電界修正電極等の効果を利用して入射ポートに収束する工夫を施している。負イオン源の設計に際しては、負イオンのMeV加速試験,高電流密度生成,負イオンビーム光学最適化等を実施した。これまでに、新たに開発した真空絶縁方式の加速器でも970keV,37mAの負イオン加速に成功し本方式の有効性を示した。また、負イオン生成では目標を上回る0.1Paの極めて低い動作ガス圧力で31mA/cm$$^{2}$$の高電流密度を達成した。これらによって、ITER-NBI実現の見通しを示した。

論文

Spatial uniformity of negative ion production in volume negative ion source

森下 卓俊; 宮本 賢治*; 藤原 幸雄*; 花田 磨砂也; 北川 禎*; 柏木 美恵子; 奥村 義和; 渡邊 和弘

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.1064 - 1066, 2002/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.85(Instruments & Instrumentation)

大電流負イオン源開発において、大面積から均質の負イオンビームを引き出すことは、静電加速電極の熱負荷軽減のために重要である。そこで、プラズマ密度の空間分布と負イオンビームの一様性との相関を調べた。その結果、プラズマ電極近傍において、イオン飽和電流に強い非一様性が見られた。負イオンビーム電流の空間的非一様性はプラズマ密度の分布と同傾向を示した。このプラズマ密度の不均一性は、プラズマ電極に印加するバイアス電圧に依存することから、フィルター磁場とバイアス電圧印加によるE$$times$$Bドリフトによると考えられる。次に、イオン源内にセシウム(Cs)を添加すると、プラズマ密度の分布は純粋水素放電と同様であるが、一様性の良い負イオンビームが得られた。負イオンビーム分布がプラズマ密度分布の非一様性に依存しないことから、中性の水素原子による負イオン表面生成が最も負イオン生成に寄与していることがわかった。

論文

Present status of the negative ion based neutral beam injector for JT-60U

大賀 徳道; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 疋田 繁紀*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; et al.

Review of Scientific Instruments, 73(2), p.1058 - 1060, 2002/02

 被引用回数:12 パーセンタイル:40.38(Instruments & Instrumentation)

JT-60U用N-NBI装置は、1996年に建設され、これまでにJT-60プラズマの中心加熱及び非誘導電流駆動実験に貢献してきた。現在、さらなるビームパワーの増大及びビーム入射持続時間の延伸を求めて開発研究を行っている。特に、イオン源におけるソースプラズマの非一様性改善は最も大きなテーマであり、これまでにいくつかの対策を講じてきた。例えば、アークチャンバー内のアーク放電電流分布を変化させることによる一様性の改善であり、フィラメントの温度制御によるアーク放電モードの改善等である。これらの対策は極めて効果的であり、最終的には、ビームエネルギー:400keVにて、5.8MWの重水素ビームをJT-60Uプラズマに入射することができた。

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