原子力基礎研究のための球状収束イオンビーム核融合中性子源に関する研究, 原子力基礎研究 H10-050 (委託研究)

吉川 潔*; 井上 信幸*; 山嵜 鉄夫*; 牧野 圭輔*; 山本 靖*; 督 壽之*; 増田 開*; 紀井 俊輝*; 大西 正視*; 堀池 寛*; et al.

JAERI-Tech 2002-020, 63 Pages, 2002/03

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球状静電閉じこめ型核融合中性子源(IECF; Inertial-Electrostatic Confinement Fusion)の高度化には、理論で予測されている中空陰極中心に収束するイオンビームが作る空間電位部分の生成機構を実験的に確かめることが重要である。そのため今日まで殆どすべての実験的研究の目的は理論が予測する電位2重井戸分布の存在を証明することにあったが、いずれも間接的な傍証を得たに過ぎず決定的な証拠は得られなかった。本研究では、近年研究の進展が著しいレーザ誘起蛍光法によるシュタルク効果を用いた局所電界分布の直接計測を行い、電位2重井戸分布の存在を初めて明らかにするとともに、30年来の論争に終止符を打つことができた。さらに、理論が予測する低圧力下での大電流イオンビームによる核融合反応率が電流のおおよそ3乗に比例することを検証する予備的研究として、電圧・電流・ガス圧力が独立には変えられないグロー放電によるイオンビーム生成を打破するため、3重グリッドシステムを導入し、グロー放電より低圧力下で放電が持続できることを確かめた。さらに、電位分布との強い相関があり核融合反応断面積を決定する加速イオンのエネルギー分布をドップラーシフト分光法により測定し、現実験条件の下でイオンの最大エネルギーが印加電圧上昇に比例して大きくなることが明らかになり、今後の大電圧化による核融合反応断面積向上の可能性を示した。