アルファ粒子計測用ヘリウムビーム源の定常化の研究

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国際熱核融合実験炉(ITER)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、高密度のヘリウム以上の重い粒子の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い、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。本研究課題では、数keV程度の領域においてHeH^+ビーム電流の割合をEXB型質量分析器を用いて計測し、ITER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ことが目的である。最初に、エネルギー分析型質量分析器を用いてHeH^+ビーム引き出しの最適条件を調べた。その結果、水素ガス圧力を0。3mTorr以下にし、ヘリウムガスの圧力を上げていくことで、HeH^+ビーム電流が増加した。更に、ガス圧力を上げた状態で(例えば、10-30mTorr)、アーク電圧を下げていくと(例えば、30-50V)、HeH^+ビーム電流は若干下がるものの、He^+ビームがほとんど引き出されなくなる条件を見出した。このことは、ビーム引き出し後にビーム種を分離する必要性がなくなるため、実機において、簡便性を大きく向上させる結果となる。前述と同様な放電条件で、EXB分離器を用いた各ビーム電流計測実験を大なった結果、定性的に同様な結果を得ることが出来た。