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。

这项研究旨在阐明与氢排放血浆不同的物理性质的机制，该机理是负离子源的负离子源的同位素效应，用于实际核融合和医疗加速器的负离子源。已经通过实验表明，与负离子同时绘制的电子电流的增加是由于血浆生成区域中血浆密度的增加引起的。然而，尚不清楚为什么神属性会增加等离子体产生区域的血浆密度。因此，这项研究都是在电子传输分析的两个大规模数值模拟（Keio-Marc代码）中进行的，并使用0二维模型在这项研究中进行了帮助，该模型考虑了氢和氘的原子和分子碰撞过程。在2022财年，电子传输分析代码keio-marc扩展到氢离子分析，在分析同位素对氢等离子体传输的影响之前，对电子和质子的传输过程进行了数值分析，并在电子和质子的传输过程中进行了损失过程，并在实际形状和实际磁场协调下对设备内壁进行了数值分析。结果，揭示了大多数氢离子在尖端区域丢失，并且在10 eV或更少的初始动能下，该比例与电子大致相同。还发现，高能量（20-70 eV）增加了Larmer的半径，并且在转弯期间与壁的碰撞速率增加，从而导致尖端区域以外的损失增加。此外，从设备内壁上丢失的颗粒的分布的半值宽度确定了尖端损耗宽度。结果表明，尖端损耗宽度大于从血浆区域温度计算出的LARMER直径。

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.