水素負イオンビームは, 現在, 核融合プラズマ加熱, 医療用あるいは素粒子物理学用の加速器などに幅広く用いられている。本研究では, 水素負イオン源を対象として, 1) 放電プラズマ中の負イオン生成, 2) ビーム引き出し部への負イオン輸送, 3) 引き出し部近傍の負性プラズマ電位構造および引き出し界面形成, 4) 負イオンビーム引き出し・加速という一連の過程の理解を目的として, 数値シミュレーションモデルの開発と実験との比較によるモデル妥当性検証を行った。開発したモデルとその結果は, 今後, 1) 一様大面積, 2) 高電流密度, 3) 高収束性を有する負イオンビームの引き出しが可能な大型高性能水素負イオン源の開発に有用となる。
Negative hydrogen ion (H-) beam has a wide range of applications, such as fusion plasma heating, accelerators for medical use and high energy particle physics. The purpose of this study is to understand and clarify the following process and mechanism in H- ion sources: 1) H- production in discharge source plasmas, 2) H- transport towards the extraction region, 3) electric potential and meniscus formation in the extraction region, and 4) H- beam extraction and acceleration. For this purpose, an integrated numerical simulation model has been developed and validated by comparing with experimental results. The model and the results are useful for further development of large volume and high performance H- ion sources, especially, with 1) spatial beam uniformity, 2) high beam current density, and 3) good beam optics.

研究種目 : 基盤研究(B)
研究期間 : 2012～2014
課題番号 : 24340146
研究分野 : プラズマ物理, 負イオン源プラズマ, 数値シミュレーション