レーザープラズマの集束・捕獲による大強度重イオンビーム生成技術の開発

开发聚焦捕获激光等离子体的高强度重离子束发生技术

• 批准号: 21H03749
• 负责人: 柏木 啓次
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03749/
• 关键词: レーザーイオン源; 重イオンビーム

レーザーイオン源は高融点金属を含む多様な元素のイオンビームを生成できるが、広い角度分布を持つ拡散プラズマのごく一部からビームを生成するため、プラズマの大部分がイオン源内で損失する。本研究ではこの問題を解決するため、プラズマ発生部からビーム加速部までの空間において磁場によりプラズマを集束・捕獲し輸送する技術を開発する。令和3年度はレーザーイオン源で生成するプラズマの特性を明らかにするため、生成イオンの密度・速度分布の測定を行うとともに、プラズマの角度分布を測定する装置の設計・製作を行った。１）プラズマ特性の測定：Nd:YAGレーザー（波長1064nm、パルス幅5～7ns、パルスエネルギー30mJ）をターゲット（炭素、銅、タンタル）に集光照射してプラズマを発生させ、プラズマ中のイオン電流をファラデーカップで、価数分布を静電アナライザーで測定することによって、ターゲット垂直方向に発生するイオンの価数ごとの密度及び速度分布を求めた。また、パワー密度を変えた測定から、1価イオンが～10^8W/cm^2で生成効率が最大となることがわかった。２）角度分布測定装置の設計・製作：レーザープラズマの3次元角度分布を測定するため、22.5度間隔で水平方向に円弧上に配置した25個のマルチファラデーカップユニットを鉛直方向で回転させる装置を設計し、マルチファラデーカップユニットを製作した。ファラデーカップは、既存のチェンバー内に多数並べることを可能とするため、粒子軌道計算により小型かつ検出漏れのない形状に設計した。

尽管激光离子源可以产生各种元件的离子束，包括熔点金属，但它们从具有较大角度分布的散布等离子体的一小部分产生束，因此大部分等离子体在离子源内丢失。在这项研究中，为了解决此问题，我们将开发一项技术，通过从等离子体生成部分到梁加速器部分的空间中的磁场进行聚焦，捕获和传输等离子体。在2021年，为了阐明激光离子源产生的等离子体的特性，我们测量了生产离子的密度和速度分布，还设计和制造了一种测量等离子体角度分布的设备。 1）血浆特征的测量：a nd：yag激光器（波长：1064 nm，脉冲宽度：5-7 ns，脉冲能量：30 mj）集中在目标（碳，铜，铜，坦塔尔木，铜，坦塔尔木材）上，以产生质量降低，并使用Faraday杯子分析质量分布的等离子体，并测量了质量分布，并测量了质量分布。在目标垂直方向上产生的每个离子价的速度分布。此外，功率密度变化的测量结果表明，生产效率在〜10^8W/cm^2的单位离子的最大值。 2）设计和制造一个角度分布测量设备：为了测量激光等离子体的三维角度分布，设计了一个设备，以22.5度的间隔在ARC上旋转25个多 - 赛车杯单元，并制造了多婚线杯单位。为了允许在现有室内安排许多法拉第杯，法拉第杯的设计为紧凑，没有粒子轨迹计算的检测损失。

项目成果

レーザーイオン源による各種プラズマ生成試験

使用激光离子源进行各种等离子体生成测试

• 发表时间: 2021
• 作者: 山田圭介;柏木啓次;細谷青児
• 通讯作者: 細谷青児