Control of negative ion beam focusing and identification of origins of multiple velocity distribution components within a negative ion beam

表面生成を起源とする水素負イオンの集束性を制御するパラメータを同定するために、研究代表者が所属する日本大学の生産工学研究所で、小型負イオン源及び診断用ビームラインを構築した。2022年度、当該装置を構成する真空容器の設計・開発・据付、及び負イオン源内でのフィラメント・アーク放電の実証が完了した。負イオン源側は10kV級の高電圧領域になるため、充分な耐圧を有する絶縁トランスを導入すると共に、高電圧領域を絶縁体で遮蔽する装置構成とした。また、窒素パージ系統、負イオン源への水素ガス導入系統、真空容器内の排気系統、圧力測定系統、及びコンダクタンスバルブを用いた負イオン源とビームラインとの圧力制御系統を構築した。負イオン源内で水素プラズマを生成するための電源系統、ビームライン領域で負イオンを加速させるための電源系統の構築も完了した。また、核融合科学研究所の研究開発負イオン源から引き出された単一のビームに内在する複数のビーム成分に対して、ビーム径方向における速度分布の全貌を実験的に明らかにする手法を確立した。さらに、実験的に取得された離散的なビーム位相空間構造を、連続的な位相空間構造として再構成する手法を提示した。実験結果に基づいて再構成された位相空間構造は、時間反転させたビーム軌道の数値計算に対する入力値を与える。当該数値計算により、ビーム引出界面の近傍領域における負イオンの密度分布や速度分布を実験結果に基づいて評価することが可能となった。負イオンビームに内在する複数の速度分布成分の起源を同定するための重要なパラメータとして、各成分の含有率を提示すると共に、その評価手法を確立した。本研究成果は、米国物理学協会の学術誌AIP Advancesで報告され、Featured Articleとして選出された。

表面生成を起源とする水素負イオンの集束性を制御するパラメータを同定するために、研究代表者が所属する日本大学の生産工学研究所で、小型負イオン源及び診断用ビームラインを構築した。2022年度、当該装置を構成する真空容器の設計・開発・据付、及び負イオン源内でのフィラメント・アーク放電の実証が完了した。負イオン源側は10kV級の高電圧領域になるため、充分な耐圧を有する絶縁トランスを導入すると共に、高電圧領域を絶縁体で遮蔽する装置構成とした。また、窒素パージ系統、負イオン源への水素ガス導入系統、真空容器内の排気系統、圧力測定系統、及びコンダクタンスバルブを用いた負イオン源とビームラインとの圧力制御系統を構築した。負イオン源内で水素プラズマを生成するための電源系統、ビームライン領域で負イオンを加速させるための電源系統の構築も完了した。また、核融合科学研究所の研究開発負イオン源から引き出された単一のビームに内在する複数のビーム成分に対して、ビーム径方向における速度分布の全貌を実験的に明らかにする手法を確立した。さらに、実験的に取得された離散的なビーム位相空間構造を、連続的な位相空間構造として再構成する手法を提示した。実験結果に基づいて再構成された位相空間構造は、時間反転させたビーム軌道の数値計算に対する入力値を与える。当該数値計算により、ビーム引出界面の近傍領域における負イオンの密度分布や速度分布を実験結果に基づいて評価することが可能となった。負イオンビームに内在する複数の速度分布成分の起源を同定するための重要なパラメータとして、各成分の含有率を提示すると共に、その評価手法を確立した。本研究成果は、米国物理学協会の学術誌AIP Advancesで報告され、Featured Articleとして選出された。