Basic research and development of high-current Cs-free negative ion source for DEMO reactor using high-density sheet plasma

高密度片状等离子体DEMO反应器大电流无铯负离子源的基础研究与开发

• 批准号: 22H01208
• 负责人: 利根川 昭
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Tokai 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 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01208/
• 关键词: 核融合; 負イオン源; 非セシウム型; シートプラズマ; 大電流; 非セシウム型負イオン源; 核融合プラズマ; 中性粒子ビーム加熱; 大電流負イオンビーム; 随伴電子電流; 連続運転

本研究の目的は、高密度シートプラズマを用いて、①国際熱核融合装置（ITER）用セシウム型負イオン源と同等の負イオンビーム電流密度、②引き出し電流の大電流化、③連続運転、長寿命・メンテナンスの容易な原型炉用非セシウム型プロトタイプ負イオン源（TPDsheet-NIS）の基盤技術を開発することである。先行研究として、本研究室で独自に開発した高密度シートプラズマを用いた非セシウム型負イオン源（TPDsheet-U）で、水素原子負イオンビーム引き出し実験を行った結果、ガス圧力0.3Pa、引出し電圧10ｋVで負イオンビーム電流密度８mA/cm2、随伴電子電流と負イオン電流比0.5～2.0程度が得られている。本研究では、この成果を更に発展させ、研究目的を達成する。具体的には、（イ）プラズマ周辺部に電子エミッターを設置し、（ロ）軟磁性体を用いた磁気フィルターによる随伴電子電流を低減させ、（ハ）幅６cmの第２陽極を用いて、プラズマ周辺の電子密度を独立に制御することにより、負イオンビームの電流値を増加させ、かつ随伴電子電流を低減させる手法を開発する。本研究の最終的な目標は、①負イオンビームの高電流密度化（ITER用実機と同程度、目標値：20mA/cm2（水素））②引き出し電流の大電流化（目標値：2.0A（水素））③連続１時間運転（目標値：1時間）である。上記の研究成果から、原型炉級の負イオン源として、大面積化・大電流化・連続運転のスケーリングとメンテナンスレス化への可能性を明らかにする。

Purpose this study の は, high-density シ ー ト プ ラ ズ マ を with い て, (1) the international thermonuclear fusion device (ITER) using セ シ ウ ム type negative イ オ ン source と equal の negative イ オ ン ビ ー ム current density, (2) the lead き の し current large current, and (3) even 続 transport planning, long-life メ ン テ ナ ン ス の easy な prototype furnace with a セ シ ウ ム type プ ロ ト タ イ プ negative イ オ ン source ( TPDsheet (NIS) <s:1> base disk technology を development する とである とである とである とである Leading research と し て, this laboratory で に alone open 発 し た high-density シ ー ト プ ラ ズ マ を with い た non セ シ ウ ム type negative イ オ ン source (TPDsheet -u) で, water element atoms negative イ オ ン ビ ー ム lead き out し be 験 を line っ た results, ガ ス pressure 0.3 Pa, lead to し electric 圧 10 kv で negative イ オ ン ビ ー ム current density of 8 ma/cm 2. The accompanying electron current is と negative, <s:1>, and <s:1> compared to the 0.5 to 2.0 degree が is られて, る, and る. The results of this study, で and <s:1>, are を further developed させ, and the research objective を has been achieved する. Specific に は, (イ) プ ラ ズ マ week 6 辺 に electronic エ ミ ッ タ ー を し, (ロ) soft magnetic body を い た magnetic 気 フ ィ ル タ ー に よ る with accompanying electronic current を low cut さ せ, (ハ) of 6 cm の 2 anode を with い て, プ ラ ズ マ weeks 辺 の electron density を independent に suppression す る こ と に よ り, negative イ オ ン ビ ー ム の current numerical を raised plus さ せ Youdaoplaceholder0 is accompanied by the electron current を reduction させる method を to develop する. The ultimate な goals of this study <s:1> are as follows: ① to achieve A high current density of negative <s:1> <s:1> ビ ビ ビ ム ム ム (for ITER, the actual machine と is of the same level, with a target value of 20mA/cm2 (for hydrogen)) ② to generate a large <s:1> current <e:1> (with a target value of 2.0A (for hydrogen)) ③ to continuously drive 転 for 続1 time (with a target value of 1 time) である. Written の research か ら, prototype furnace の negative イ オ ン source と し て, large area, large current, even 続 luck planning の ス ケ ー リ ン グ と メ ン テ ナ ン ス レ ス change へ の possibility を Ming ら か に す る.