重水素負イオン源における同位体効果の物理メカニズムの理論的解明

氘负离子源同位素效应物理机制的理论阐明

• 批准号: 19K03783
• 负责人: 宮本 賢治
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Naruto University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K03783/
• 关键词: プラズマ; 核融合; 加速器; 重水素; 負イオン源; 数値シミュレーション; PIC法; モンテカルロ法; 負イオン; 同位体効果

本研究では、実機核融合用負イオン源や医療用加速器での重水素負イオン源について同位体効果と呼ばれる、水素放電プラズマの場合と異なる物理特性のメカニズムの解明を図る。特に負イオンと同時に引き出される電子電流の増加については、プラズマ生成領域のプラズマ密度増加が原因である事が実験的に示唆された。しかし、なぜ重水素化することでプラズマ生成領域においてプラズマ密度が増加するのかは分かっていない。そこで本研究では電子輸送解析用の大規模な数値シミュレーション（KEIO-MARCコード）と、その支援として水素と重水素の原子・分子衝突過程を考慮した0次元モデルによる解析の両方で研究を進めてきた。2022年度は電子輸送解析コードKEIO-MARCを水素イオン解析へ拡張し、水素プラズマ輸送に対する同位体効果の解析に先立ち、実形状・実磁場配位のもとで電子および陽子の輸送過程と装置内壁への損失過程について数値解析を行った。その結果、水素イオンの多くはカスプ領域で損失しており、初期運動エネルギーが10 eV以下では電子と同程度の割合であることが明らかになった。また高エネルギー（20~70 eV）になると、ラーマー半径が大きくなり旋回途中で壁に衝突する割合が増えて、カスプ領域外での損失が増加することが分かった。さらに装置内壁で損失した粒子の分布の半値幅からカスプ損失幅を求めた。プラズマ領域の温度から算出したラーマー直径よりもカスプ損失幅が大きくなることが示された。

In this study, we investigated the mechanism of nuclear fusion and medical accelerator, and analyzed the physical properties of isotope. In particular, the increase in electron current caused by the increase in density of the generated field is due to the increase in the number of events. In the case of heavy metals, the density of the product is increased. In this study, we will continue to study the solution of electron transport in large scale (KEIO-MARC) and support the atomic and molecular collision process of heavy water and heavy water. In 2022, KEIO-MARC electron transport analysis was conducted to analyze the isotope effect of water element transport, and to analyze the loss process of electron and cation transport in the inner wall of the device. As a result, the number of electrons in the field of water is reduced, and the initial movement is reduced to 10 eV or less, and the electrons are separated to the same extent. The loss outside the high frequency range (20~70 eV) increases due to the collision between the wall and the radius of the rotation. The distribution of particles in the inner wall of the device is calculated at half amplitude. The temperature of the field is calculated. The loss amplitude is large.

项目成果

Effect of RF Electric Field on Beam Focusing in Negative Ion Source Plasma

射频电场对负离子源等离子体束聚焦的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Taiga Hamajima;Ryoya Nakamoto;Kenichi Nagaoka; Haruhisa Nakano;Engrhyt Rattanawongnara;Katsuyoshi Tsumori;Katsunori Ikeda;Masashi Kisaki;Shingo Masaki;Kenji Miyamoto;Masaki Osakabe;Kazunori Takahashi;Shinji Yoshimura
• 通讯作者: Shinji Yoshimura

負イオンビーム集束性に関する考察

关于负离子束聚焦性的考虑

• 发表时间: 2020
• 作者: Fujiwara Kazumasa;Georgiev Vladimir;Ozawa Tohru;永岡賢一 波場泰昭 木崎雅志 中本崚也 津守克嘉 中野治久 宮本賢治 高橋和貴 池田勝則 藤原大 長壁正樹
• 通讯作者: 永岡賢一 波場泰昭 木崎雅志 中本崚也 津守克嘉 中野治久 宮本賢治 高橋和貴 池田勝則 藤原大 長壁正樹

Numerical study of different electron density observed in Hydrogen and Deuterium ion source plasmas

氢和氘离子源等离子体中观察到的不同电子密度的数值研究

• DOI: 10.1088/1742-6596/2244/1/012002
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: T Shibata;R Kato;H Nakano;K Hayashi;J Sato;K Miyamoto,K Hoshino;and A Hatayama
• 通讯作者: and A Hatayama

NIFS負イオン源におけるプラズマ輸送過程の評価

NIFS负离子源中等离子体传输过程的评估

• 发表时间: 2022
• 作者: 岩中健悟;塩谷岳大;星野一生;中野治久;柴田崇統;宮本賢治
• 通讯作者: 宮本賢治

Effects of the extraction voltage on the beam divergence for a H? ion source

提取电压对 H 光束发散角的影响？

• DOI: 10.1063/1.5116413
• 发表时间: 2019
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Lindqvist M.;Nishioka S.;Miyamoto K.;Hoshino K.;Lettry J.;Hatayama A.
• 通讯作者: Hatayama A.