Production of high-density hydrogen plasma by a novel hollow-shaped magnetized discharge for performing high output negative ion source

一种新型中空型磁化放电产生高密度氢等离子体的高输出负离子源

• 批准号: 22H01196
• 负责人: 大津 康徳
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Saga University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01196/
• 关键词: ホロー磁化放電; ナノ構造体; 高密度水素プラズマ; 新規ホロー磁化放電; 高出力負イオン源; 高周波ハイブリッドプラズマ; レーザ光脱離法

核融合エネルギーのキー技術となる核融合プラズマ加熱電流型中性粒子ビーム装置では、低気圧かつ高密度プラズマを有する高出力の負イオン源が必要とされている。そのプラズマ生成方式には、誘導結合型放電方式と熱陰極を用いた直流アーク放電方式があり、精力的に研究が行われている。しかしながら、それらの放電を長時間安定駆動させるためには、「アルカリ金属フリー」、「高密度・低電子温度」、「メンテナンスフリー」の３つが、核融合プラズマの安定駆動の観点から大きな障壁となっており、喫緊かつ切迫した課題である。本研究では、「非アルカリ金属表面のナノ構造化」した「ネオホロー電極」により、「アルカリ金属フリー」「高密度・低電子温度」 「メンテナンスフリー」を実現させる新規ホロー磁化放電を確立し、高密度水素プラズマ生成を実現することを目的とする。水素ラジカル源を追加したホロー電極を用いた高周波ハイブリッドプラズマCVD装置を構築した。高周波容量結合プラズマ装置の側面から誘導結合放電型（ICP)水素ラジカル発生装置、メタンガスと水素ガスの流量計を接続し、装置下部に基板加熱付きホルダーを設置した。以下の具体的な研究を実施した。基板ホルダーの加熱ヒーターから不純物（水分や油分）を除去するために、延べ1週間半の期間、ヒーターを４５０℃まで加熱させてデガスを行った。その後、プラズマ特性を明らかにするために、高周波ハイブリッドプラズマCVD装置内にラングミュアプローブを挿入し、容器壁に対して-70Vにバイアスしたときにプローブに流入するイオン飽和電流を計測し、高周波ハイブリッドプラズマCVD装置の特性を明らかにした。具体的にプラズマ密度は全体電力でなく、容量結合プラズマ電力に強く依存することが分かった。

Nuclear fusion エ ネ ル ギ ー の キ ー technology と な る nuclear fusion プ ラ ズ マ type heating current neutral particles ビ ー ム device で は, low 気 圧 か つ high-density プ ラ ズ マ を have す る higher force の negative イ オ ン source が necessary と さ れ て い る. そ の プ ラ ズ マ generation に は, induction combined with discharge way と hot cathode を with い た dc ア ー ク discharge way が あ り に, effort study が line わ れ て い る. し か し な が ら, そ れ ら の discharge を long stability and dynamic さ 駆 せ る た め に は, "ア ル カ リ metal フ リ ー", "high density, low electron temperature", "メ ン テ ナ ン ス フ リ ー" の 3 つ が, nuclear fusion プ ラ ズ マ の stability and dynamic の 駆 観 point か ら big き な barrier と な っ て お り, tight か つ cutting force し た subject で あ る. , this study で は "non ア ル カ リ metal surface の ナ ノ structure" し た "ネ オ ホ ロ ー electrode" に よ り, "ア ル カ リ metal フ リ ー" "high density, low electron temperature" "メ ン テ ナ ン ス フ リ ー" を be presently さ せ る new rules ホ ロ ー magnetized plasma を establish し, dense water element プ ラ ズ マ generated を be presently す る こ と を purpose と す る. Source of water element ラ ジ カ ル を additional し た ホ ロ ー electrode を with い た high frequency ハ イ ブ リ ッ ド プ ラ ズ マ CVD device を build し た. Combined with high frequency capacity プ ラ ズ マ device の side か ら induction combining discharge type (ICP) water element ラ ジ カ ル 発 raw device, メ タ ン ガ ス と water element ガ ス を の flowmeter meet 続 し device, lower に substrate heating pay き ホ ル ダ ー を set し た. The following is a detailed な study を implementation of た. Substrate ホ ル ダ ー の heating ヒ ー タ ー か ら impurity content (moisture や oily cent) を remove す る た め に, during the period of delay between べ 1 week and a half の, ヒ ー タ ー を 450 ℃ ま で heating さ せ て デ ガ ス を line っ た. After そ の, プ ラ ズ マ features を Ming ら か に す る た め に, high frequency ハ イ ブ リ ッ ド プ ラ ズ マ CVD device within に ラ ン グ ミ ュ ア プ ロ ー ブ を scions into し, container wall に し seaborne て - 70 - v に バ イ ア ス し た と き に プ ロ ー ブ に inflows す る イ オ ン saturation current を measuring し, high frequency ハ イ ブ リ ッ ド プ ラ ズ を の マ CVD device characteristics Ming ら に に た. The specific にプラズ にプラズ density にプラズ the total power でなく and the combined capacity プラズ the power に the strong く dependence する the する とが division った った.

项目成果

Ruhr University Bochum(ドイツ)

波鸿鲁尔大学（德国）

Jashore University of Sci. Technology(バングラデシュ)

贾肖尔科技大学（孟加拉国）