アルファ粒子計測用高電流密度ヘリウム水素正イオンビーム源の評価

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国際熱核融合実験炉において生成されるアルファ粒子の空間・速度分布を計測するために,高電流密度のHe以上の重い粒子のイオンビームを燃焼プラズマ中に入射するシステムが考えられている.入射された中性ヘリウム(He^0)粒子は,アルファ粒子と荷電交換反応を行う.その際,アルファ粒子は高エネルギーのHe^0に変換され,エネルギーアナライザーにより計測される.He^0ビーム生成法の一つとして,イオン源でヘリウム水素イオン(HeH^+)を生成し1次ビームとして取り出した後,HeH^+成分のみを磁場で分離し,1MeV程度まで加速する.その後,中性化セルでHe^0に変換しプラズマ中に入射することが考えられている.そこで,産総研で開発したビームシステムを用いてヘリウムと水素の混合ガスを用いたビーム引き出し実験を300Vで行った結果,HeH^+を多く生成することが可能な条件を見出した(前年度までの成果).平成18から19年度にかけて,エネルギー20kV程度の全ビームからHeH^+の電流成分のみを電磁石で分離し,電流の割合を計測し,実際の計測において必要とされる電流密度が得られるかを評価するシステムの設計・製作・実験を行った.加速電圧約20kVで,全電流(H^+,H_2^+,H_3^+,H_e^+,HeH^+)から各ビーム成分を磁場で分離し各電流を計測した結果,HeH^+ビームの割合は全ビームの約0.3%程度である事が見出され,一桁程度割合を高める必要が有ることが判明した.つまり,20kVの領域ではHeH^+ビームが,チャンバー内に存在するガスにより解離されている可能性がある.以上の結果から,イオン源から1keV程度以下もしくは300keV程度以上で混合ビームを引き出し,その後にHeH^+成分を分離しかつ1MeV程度まで加速するシステムがより実用化の可能性が高い.今後は当該システムの設計と原理試験が必要となる.