低周波数共鳴による多価イオン生成の高効率化

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本課題では電子サイクロトロン共鳴(ECR)多価イオン源(ECRIS)において，従来の常套手段であるマイクロ波高周波数化と磁場強度増大に基づく改良での多価イオン高収量化と異なり，遮断密度制約がない低周波数電磁波共鳴によって多価イオン高収量化を図り，その機構等を解明して各種実機への適用を目指している．具体的にはGHz帯マイクロ波によるECRISへ，より低周波数RF電磁波を導入してイオンサイクロトロン共鳴(ICR)及び低域混成周波数共鳴(LHR)を引き起こし，ECRによって生じたポテンシャル・ウェル緩和や軽Zイオンの選択的な加熱により多価イオン種クーリング助長等による多価イオン生成の効率化を図る． ICRやLHRを発生させる為の低周波数RF電磁波は真空窓等を経て高真空中に導入したアンテナから給電して導入する．アンテナは水冷と絶縁が欠かせなく，かつ既存のECRISプラズマ生成に甚大な影響を回避する必要ある．従ってICRとLHRの場合それぞれで予備的実験を含めて形状等の最適を図る必要がある．そしてこれらの最適化されたアンテナを負荷として，それぞれの低周波数RF電源において，最適化された整合器等の仕様が決まる．本研究では20kHz~1MHzにおけるICR実験から行い，イオンビーム及びプラズマ計測し，その効果を確認した後にLHR実験へ移行する手順としている．それぞれにおいて試作したアンテナを作製して，ECRIS実機に設置して既存のECRISプラズマ生成やイオンビーム生成への影響や既存電源を用いたRF導入して実験的に確かめたのちに，最適化された本実験用アンテナを製作して，併せて最適化されたRF電源と整合器を製作して本実験を行い，ECRISにおける多価イオン生成の高効率化における新たな低周波数電磁波共鳴効果をイオンビーム価数分布，エミッタンス，プララズマパラメータ計測等で検証する．