Development of plasma window for vacuum interface and its application to quantum beam science

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今年度は3mm径小型カスケードアーク源と8mm径大口径カスケードアーク源の開発を行った．小型アーク源に関しては大気圧電子ビーム加工を意識して，従来よりも1/3程度の重量とした．さらに，中間電極，アノードをすべてモリブデン製とすることで熱負荷に耐えられるようにした．カソードについても傍熱型ホローカソード熱陰極を新たに設計・製作した．この改良により，大気圧100 kPaと10Paの圧力勾配をカソードーアノード間で維持しつつ，2時間以上の連続運転に運転に成功した，当初の要求圧力差が今回初めて実現できたので，大気圧電子ビーム加工の準備を始めた．具体的にはプラズマ膨張部の圧力を低下させ，電子ビームの減衰を防ぐ．このため大型のターボ分子ポンプを2台導入した．一方，大口径カスケードアーク源についても大幅な見直しを行った．特に，これまでカソードと中間電極間にガラス管を入れていたが，この領域がプラズマ冷却・拡散につながると考えてこの部分を除去して直接カソードと中間電極が対向するような配置に変更した．また，大口径アークでも傍熱型ホローカソード熱陰極を新たに設計製作した．これによりプラズマの高温高密度かが期待できる．実験の結果，安定に100Aまでの放電に成功し，その際の電子密度，温度を可視分光計測により評価することができた．電子温度密度に関してはトムソン散乱，レーリー散乱計測系も整備し，精度良くプラズマパラメータを評価できるようになった．ちなみに，トムソン散乱と発光分光で得られた結果はほぼ同じ値を示し，両計測が正しく評価できているといえる．六ホウ化ランタン(LaB6)熱陰極は長時間運転で放電が停止してしまった．この原因を調べるため陰極の組成分析，SEM画層取得を行った．その結果，LaB6陰極のボロンがモリブデン材に侵入し，仕事関数の上昇，及び，モリブデン材に損傷を与えることが判明した．