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論文

Dependence of charge-exchange efficiency on cooling water temperature of a beam transport line

山本 風海; 畠山 衆一郎; Saha, P. K.; 守屋 克洋; 岡部 晃大; 吉本 政弘; 仲野谷 孝充; 藤来 洸裕; 山崎 良雄; 菅沼 和明

EPJ Techniques and Instrumentation (Internet), 8(1), p.9_1 - 9_9, 2021/07

J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は最大1MWの高出力陽子ビームを中性子ターゲットに供給している。稼働率を向上し実験成果の最大化を図るために、RCSではさまざま運転パラメータの履歴を記録しているが、そのデータのうち入射効率と入射ビームラインの磁石を冷却している冷却水温度が同期していることを発見した。RCS入射時に、入射負水素(H$$^{-}$$)ビームは炭素薄膜を通過し陽子に変換されるので、入射効率が変動しているという事は陽子への変換効率が冷却水温度に依存していることを示している。ビーム形状,薄膜の条件等から、入射ビームのフォイルへの入射位置が0.072mm程度振動していて、それが磁石磁場の変動に換算して1.63$$times$$10$$^{-5}$$となることを求めた。この値は、単純に磁石が冷却水の温度変動に従って伸び縮みするとして評価した結果とファクタ程度で一致し、変換効率の変動の主要因は磁場変動であることが確認できた。

論文

Production and compilation of charge changing cross sections of ion-atom and ion-molecule collisions

今井 誠*; 白井 稔三*; 斉藤 学*; 春山 洋一*; 伊藤 秋男*; 今西 信嗣*; 福澤 文雄*; 久保 博孝

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.7, p.323 - 326, 2006/00

われわれは核融合研究に必要なイオン-原子,イオン-分子衝突による荷電交換断面積データの生産と収集を行ってきた。核融合炉の対向面材料から不純物として発生する$$Be, B, Fe, Ni$$の1価及び2価イオンと原子($$He, Ne, Ar, Kr$$),分子($$H_2, CO, CO_2, CH_4, C_2H_6, C_3H_8$$)との衝突による1電子及び2電子交換断面積を5-15keVの衝突エネルギー領域で測定した。また、1983年以降に科学雑誌に発表された荷電交換断面積の測定データを収集した。ここでは、これらのデータ生産,収集活動について報告する。

論文

Formation of a charge-exchange target for fast ions in the plasma of large-scale toroidal devices under NBI conditions

Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀

Plasma Physics Reports, 30(2), p.164 - 168, 2004/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Physics, Fluids & Plasmas)

高エネルギー荷電交換計測により、水素様不純物イオンによる水素イオンの中性化によって生成される高速原子の分布関数を決定することができる。分布関数を得るためには、プラズマ中でのターゲットイオンの成分と空間分布を知る必要がある。荷電交換標的粒子は、不純物原子核と加熱用中性粒子ビームとの相互作用で生成される。中性粒子ビームと計測装置との位置関係に基づき、ターゲット粒子の軌跡を計算する必要がある。実際のトカマク配位での不純物イオンのバランスを構築する原子の基礎過程を考慮するモデルが提案されている。JT-60Uプラズマへこのモデルを適用する。荷電交換原子束の形成機構を調べた。荷電交換束への異なったビーム入射装置の相対的な寄与を評価した。計算結果に基づき、固定した分析器を用いたイオン分布関数の局所的な測定の方法を提案する。

論文

Asymmetry of dense divertor plasmas influenced by thermoelectric potential and charge-exchange momentum loss

林 伸彦; 滝塚 知典; 細川 哲成*; 清水 勝宏

Journal of Nuclear Materials, 313-316(1-3), p.1041 - 1045, 2003/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.76(Materials Science, Multidisciplinary)

熱電ポテンシャルと荷電交換運動量損失を考慮した高密度ダイバータプラズマの非対称性を、5点モデルを用いて解析した。ダイバータプラズマの温度が10eV以下になると運動量損失が大きくなる。非対称な平衡の低温側ダイバータでは、プレシース電位が運動量損失によって高くなり、熱電ポテンシャルの低下を補う。プレシース電位の変化により、運動量損失は熱電不安定性を安定化させる働きがあり、非対称性を弱める。平衡の分岐構造のために、一方のダイバータプラズマでリサイクリングを増加させ温度を下げるためには、もう片方のダイバータプラズマを高リサイクリングにさせ運動量損失を増加させると効果的に温度を下げられる。

論文

Multichordal charge exchange recombination spectroscopy on the JT-60U tokamak

小出 芳彦; 逆井 章; 坂本 宜照; 久保 博孝; 杉江 達夫

Review of Scientific Instruments, 72(1), p.119 - 127, 2001/01

 被引用回数:37 パーセンタイル:84.16(Instruments & Instrumentation)

JT-60U用荷電交換分光装置を開発した。本装置は、加熱用中性粒子ビームと完全電離炭素イオンとが荷電交換反応を行う際の発光スペクトルを分光測定し、そのドップラー拡がり、ドップラーシフト、発光強度からそれぞれ、イオン温度、プラズマ回転速度、炭素密度の情報を得るものである。本装置は以下の特徴を有する。(1)対物光学系等、JT-60U装置と直接接触する部品は、真空容器のベーキング温度である300度の耐熱性を持つと同時にディスラプションに伴う振動に耐える機械的強度を持つ(60gの加速度に耐えることを衝撃試験により確認)。(2)空間、時間に関して、十分な分解能(5cm,16.7ms)と測定点数(59空間点,900時刻点)を持つ。(3)ビームを見ない光学系の併用によりデータ処理を簡略化し、導出した物理情報が実験の方針決定に反映できる程度の高速処理を実現した。本論文では、装置の構成、較正方法、得られた空間分布データを示す。

報告書

ルーチェ法の最適化研究; 中性子科学研究のための陽子蓄積リング荷電変換装置

鈴木 康夫*

JAERI-Research 98-071, 35 Pages, 1998/12

JAERI-Research-98-071.pdf:1.85MB

原研中性子科学研究用陽子蓄積リングのための新しい入射法(荷電変換法)として考察したルーチェ法について、その最適化研究を行った。ルーチェ(LUCE)法とはLaser and Undulator Charge Exchangeの略であり、磁場と光によるフォイル法に代わる新しい荷電変換法である。この論文では、荷電変換法のキーパラメーターとなるビームロス(非荷電変換率)を10$$^{-3}$$とゆるめることにより、荷電変換後のビームの質の向上を図り、これによりすべての他の構成要素について最適化を図った。すなわち、まず、ニュートラライザー用アンジュレーター磁場の最適化(ビームの拡がりを最小化)を行い、それをベースにアイオナイザー用アンジュレーターの磁場分布について考察、レーザーの波長、出力、スペクトルの最適化、新しい光共振器の提案、さらに、それらに伴う光の吸収断面積、シュタルク効果の影響などについて詳細な評価検討を行い、技術的に現実性のある合理的設計とすることができた。

論文

A New scheme of charge exchange injection for high intensity proton storage ring with high injection energy

鈴木 康夫*; 金正 倫計; 野田 文章*; 山根 功*; 水本 元治

KEK Proceedings 98-10, p.414 - 416, 1998/11

ビームロスを少なくすることを可能とする、新しい荷電変換入射法を提案する。この荷電変換装置は、中性化装置(H$$^{-}$$$$rightarrow$$H$$^{0}$$)とイオン化装置(H$$^{0}$$$$rightarrow$$H$$^{+}$$)から構成される。前者は、テーパードアンジュレーターと呼ばれるもので磁場により中性化する。後者は、リングレーザーによりH$$^{0}$$を励起し、その後、テーパードアンジュレーターによりイオン化するものである。この装置は、効率的に荷電変換できるもので、大出力の陽子蓄積リングには最適のものである。

論文

The spectral profile of the D$$_{alpha}$$ line emitted from the divertor region of JT-60U

久保 博孝; 竹永 秀信; 杉江 達夫; 東島 智; 鈴木 慎吾*; 逆井 章; 細金 延幸

Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(6), p.1115 - 1126, 1998/00

 被引用回数:61 パーセンタイル:86.91(Physics, Fluids & Plasmas)

重水素原子のリサイクリング過程及び発光過程を理解するために、JT-60Uのダイバータ領域から放射されD$$_{alpha}$$線のスペクトル・プロファイルを、高分解能分光器で観測し、3次元中性粒子輸送コードを用いたモデル計算と比較した。本研究によって以下のことを明らかにした。(1)低密度プラズマでは、狭い成分のドップラー広がりは1.3eV、広い成分の広がりは2.2eVの温度に相当する。(2)観測したスペクトル・プロファイルは、モデル計算によってほぼ再現できる。ただし、TRIMコードを用いて得られている反射体数は、2倍程度過大評価である。(3)重水素分子及び重水素分子イオンからの解離励起が、D$$_{alpha}$$線の放射に大きく寄与する。(4)反射及び荷電交換によって生成された高エネルギー重水素原子は、ダイバータ領域から速やかに出ていくために、D$$_{alpha}$$線への寄与は小さくなる。また、以上の結果から、D$$_{alpha}$$線の強度から重水素のリサイクリング量を評価すること、及びD$$_{alpha}$$線のドップラー広がりからイオン温度を評価することに対して問題点を指摘した。

論文

Change of neutral energy distribution at L-H, H-L transitions and ELM in the JFT-2M tokamak

三浦 幸俊

Nuclear Fusion, 37(2), p.175 - 187, 1997/00

 被引用回数:17 パーセンタイル:53.7(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mにおいて、飛行時間型中性粒子測定(TOF)により観測される、L/H、H/L遷移、ELM時の中性粒子エネルギー分布関数の特徴的な変化についてまとめた。同時にTOF測定技術についても詳述している。L/H、H/L遷移、ELMの時に、中性粒子エネルギー分布関数は、H$$alpha$$の変化に先行して変化し、イオンがそれらの現象で重要な働きをしていることを示している。エネルギー分布関数の変化の特徴は、プラズマ周辺で無衝突条件を満足する約200eV以上のイオンに対応する中性粒子束が急激な増加を示すことである。この結果は、無衝突イオンの損失によりセパラトリックス内部に径電場が形成され、L/H遷移を起こすとする理論を強く支持するものである。

報告書

低エネルギー炭素イオンと炭素含有分子との電荷変換衝突断面積

濱本 成顕*; 田中 隆次*; 伊藤 秋男*; 今西 信嗣*; 斉藤 学*; 春山 洋一*; 白井 稔三

JAERI-M 93-202, 45 Pages, 1993/10

JAERI-M-93-202.pdf:1.09MB

Cイオンと分子ターゲットCO$$_{2}$$、CH$$_{4}$$、C$$_{2}$$H$$_{6}$$、C$$_{3}$$H$$_{8}$$の組み合わせにつき0.5~5keV/amuのエネルギー領域で一から三電子捕獲までの断面積を測定した。断面積の測定誤差は約9~20%である。得られた断面積は入射エネルギーにはほとんど依存しないが、入射電荷ならびにターゲットの電離電圧には依存する;分子ターゲットの場合は多電子捕獲の寄与が大きい、等のことが分かった。一電子捕獲過程の結果については、理論モデルと比較して議論した。

論文

Effects of spatial diffusion and direct loss on burnup fractions of fast ions

山極 満

Plasma Physics and Controlled Fusion, 34(9), p.1503 - 1513, 1992/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:26.6(Physics, Fluids & Plasmas)

高速イオンの空間拡散および直接損失が燃焼率におよぼす影響について、それらの効果を含むフォッカープランク方程式を解いて調べる。三重水素の燃焼率については空間拡散を導入して得られるのとほぼ同じ時間発展が損失時間を適当に調整することによって再現される。しかしながら空間拡散を伴う場合の14MeV中性子放射プロファイルは直接損失の場合よりもブロードとなる。$$^{3}$$Heの燃焼率に関しては両者の場合の差は比較的大きなものとなる。拡散的な損失が$$^{3}$$He燃焼に対しても重要となる。三重水素燃焼率に対する荷電交換損失効果についても検討がなされる。全く損失を仮定しない場合の半分の燃焼率の減少がビーム入射プラズマにおいて妥当な中性粒子密度値に対して生じ得ることが見い出された。

論文

Charge exchange recombination spectroscopy on the JFT-2M tokamak

小川 宏明; 三浦 幸俊; 河西 敏

Review of Scientific Instruments, 59(8), p.1506 - 1508, 1988/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:40.61(Instruments & Instrumentation)

JFT-2Mにおいて、イオン温度、トロイダル回転速度を荷電交換再結合分光法により測定した。測定に使用したスペクトル線は、CVI(n=7-6、$$lambda$$=343.4nm)であり、光ファイバーを使用し、分光器に取り込んでいる。

論文

Beam-foil interaction of highly ionized chlorine ions in the high energy region

小沢 国夫; 山口 秀則*; 川面 澄; 左高 正雄; 北原 哲夫*; 菊地 昭*; 小牧 研一郎*; 大塚 昭夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 9, p.621 - 625, 1985/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:54.37(Instruments & Instrumentation)

タンデム加速器からの150MeV高速多価塩素イオン(q=9$$^{+}$$~10$$^{+}$$)と炭素フォイル(2.5~180$$mu$$g/cm$$^{2}$$)の衝突の結果生ずる荷電変換、多重散乱及び発光スペクトルの測定研究が行われ、下記の成果が得られた。1)新しく開発した2次元位置検出器は、炭素フォイル通過后の塩素イオンの荷電分布と多重散乱角の相関に関する同時測定を可能にした。2)荷電分布と多重散乱の角度分布にはフォイル厚さ効果が存在し、10$$mu$$g/cm$$^{2}$$以下の厚さは、荷電変換に関する非平衡領域であることを示した。3)フォイル厚さの増加と共に荷電変換の塩素の平均荷電分布はq=12$$^{+}$$価から増加し、50$$mu$$g/cm$$^{2}$$以上の厚さではq=15$$^{+}$$価の平衡電荷に収束した。4)多重散乱角は厚さと共に0.2~2.1mrad迄増加し、K殻効果を反映して16$$^{+}$$、17$$^{+}$$価の成分は特に顕著な増大を示した。

論文

負イオン源の現状と開発

峰原 英介

加速器科学, 1(2), p.3 - 20, 1984/00

加速器用負イオン源は元来タンデム型静電加速器の為に開発が進められた。この発展の結果、最近ではシンクロトロン等にも使用される様になって来ているが、まだ一般的ではない。この報告では、少数の例外を除いてタンデム加速器の負イオン源の現状と将来について紹介し、議論される。現在、実際に使用されているイオン源は直接引出しデュオプラズマトロン型、ハイニッキィ・ペニング・イオン・ゲージ型、荷電交換型、スパッタ型及びラム・シフト型偏極イオン源である。これら以外に開発中の新しい負イオン源や種々の困難の為に開発を中止した負イオン源が存在する。本報告ではこれらの負イオン源の物理的構造、負イオン生成機構、特性等について、又、使用される負イオン生成材料の種類性質、これらから作られる負イオンの電子親和力等について説明し、議論する。この負イオン生成技術の現状と合わせて将来に残された諸問題についても議論される。

報告書

タンデム型静電加速器の負イオン源

峰原 英介

JAERI-M 8981, 39 Pages, 1980/08

JAERI-M-8981.pdf:1.08MB

原研タンデム型静電加速器には4種類の負イオン源(直接引き出しデュオプラズマトロン型イオン源、ハイニッキィ・ペニング・イオン・ゲージ型イオン源、リシウム荷電交換型イオン源、スパッタ型イオン原)が設置されてます。この報告ではこの4種類の物理的構造、負イオン生成機構、特性等について、又、これらの負イオン源で使用される負イオン生成材料の種類、性質、これらから作られる負イオンの電子親和力等について説明します。更に、これらの負イオン生成技術の現状と合せて、負イオン生成技術の将来と残された問題についても議論します。

報告書

Macroscopic Cross Sections for Analyzing the Transport of Neutral Particles in Plasmas

鈴木 忠和; 田次 邑吉; 中原 康明

JAERI-M 6119, 21 Pages, 1975/05

JAERI-M-6119.pdf:0.5MB

プラズマ中の中性粒子輸送解析に必要なイオン化反応と荷電交換反応断面積を計算するアルゴリズムを開発した。中性粒子とプラズマとの反応率を表す式の積分は被積分関数を多項式で展開して行なわれる。プラズマ温度と中性粒子のエネルギーに依存する断面積の多エネルギー群セットは、エネルギーについてマクスウェル分布で平均することにより求めた。計算結果はFIDO型式で出力される。プラズマ温度と中性粒子のエネルギーに対していろいろな分布を仮定した数値計算例を示す。

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