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報告書

セシウム添加型負イオン源におけるプラズマ電極材質の違いが負イオン生成に与える影響

清水 崇司; 森下 卓俊; 柏木 美恵子; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 和田 元*; 今井 剛

JAERI-Tech 2003-006, 26 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-006.pdf:1.12MB

セシウム添加型負イオン源におけるプラズマ電極の材質の違いが、負イオン生成効率に与える影響について実験的に調べた。本研究においては、金,銀,銅,ニッケル,モリブデンの5種の電極について調べた。実験では、プラズマ電極がフィラメント陰極材によって覆われることを防ぐために、2.45GHzのマイクロ波イオン源を用い、各電極において仕事関数と負イオン電流の相関性を測定した。その結果、得られる負イオン電流量は、その時の電極の仕事関数によって一意的に決まり、電極材質そのものには無関係であることが明らかになった。つまり、電極材質の違いが仕事関数の違いをもたらし、仕事関数の違いによって負イオン生成量が変わることがわかった。用いた材質の中では、金が最も低い仕事関数1.42eVを示し、負イオン生成効率も20.7mA/kWの高い値を示した。この値は、従来から電極として用いられている銅やモリブデンより30%高い値であった。さらに、セシウムとタングステンを同時堆積させた場合には、24.6mA/kWと最も高い効率を得た。

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:10 パーセンタイル:51.76(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

プラズマ電極材質の違いがH$$^{-}$$表面生成に与える影響

清水 崇司; 和田 元*; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 森下 卓俊; 雨宮 亨*; 今井 剛

第12回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム(BEAMS 2001)報文集, p.25 - 28, 2001/11

体積生成型負イオン源に少量のCsを添加すると、負イオン生成効率が3-5倍に増加することが知られている。そのため、核融合炉用などの大電流負イオン源として体積生成方式のセシウム添加型負イオン源が用いられている。Cs添加による負イオン生成の促進効果は、プラズマに直接面するプラズマ電極(PG)表面の仕事関数がCs吸着により下がることによって、表面生成効率が増加するためであると考えられている。セシウムが付着した場合のPG電極の仕事関数は電極材質によって異なるため、表面生成される水素負イオン量も電極材質によって違いがあることが予想される。本研究では、電極材質の違いが負イオン生成効率へ与える影響を調べるために、PG電極の材質(金,モリブデン等)を変えて、生成される負イオン電流値の比較を行った。その結果、Au,MoにそれぞれCsを添加した場合、負イオン電流値はCs/AuがCs/Moより1.5倍ほど高い値が得られ、電極材質の違いで負イオン生成量が大きく変化することが確認できた。

論文

核融合炉セラミック増殖材料の照射下物性測定; イオン照射に伴う仕事関数変化の測定

山脇 道夫*; Luo, G.*; 澁谷 憲悟*; 山口 憲司*; 林 君夫

東京大学工学部総合試験所年報, 59, p.105 - 110, 2000/12

原研から東京大学山脇教授への平成11年度委託研究「核融合炉固体トリチウム増殖材料の照射下物性・機能に関する予備試験(IV)」の報告書である。高温工学に関する先端的基礎研究の一環として、高温での材料キャラクタリゼーション法開発の位置づけで、標記研究を平成8年度から継続している。照射による仕事関数変化を研究するため、ケルビン計をイオンビーム施設に設置した。東大の重イオン照射研究設備(HIT)のバン・デ・グラーフ加速器を用いて、MeVオーダーのイオンビーム照射による効果を調べた。一方、低エネルギー(500eV)のイオンビームを用いる測定系も開発した。その結果、測定は絶縁体表面の電荷蓄積及び2次電子放出によって大きな影響を受けることがわかった。これらの影響がない場合には、数mV程度の小さな仕事関数変化が測定できることが実証された。

論文

Correlation between negative hydrogen ion production and work function of plasma grid in a cesium-introduced volume-production-type negative hydrogen ion source

神藤 勝啓*; 奥村 義和; 安藤 俊光*; 和田 元*; 津田 博*; 井上 多加志; 宮本 賢治; 永瀬 昭仁*

Japanese Journal of Applied Physics, 35(3), p.1894 - 1900, 1996/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:66.24(Physics, Applied)

体積生成型負イオン源において、プラズマ電極の仕事関数と負イオン引き出し電流の関数を実験的に調べた。セシウム添加した際の負イオン電流の増分は、仕事関数の減少とともに指数関数的に増大する。この実験的事実は、表面生成された負イオンが、プラズマ中の水素原子の温度に相当するエネルギーをもって表面から脱離すると仮定したモデルでは説明できない。負イオンが熱運動エネルギーよりも大きな運動エネルギーをもって生成されると仮定すれば、実験結果を良く説明することができる。

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