負分子イオンによるプラズマ加熱用高速中性粒子ビーム発生の基礎研究

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本研究の目的は負分子(又は原子)イオンを用いた核融合炉用の中性粒子ビーム入射装置の概念設計と理論的検討であった。現在の中性粒子入射加熱装置に対する研究は、数百keV以上のビームエネルギーに対しては中性化効率の高い(重)水素負イオンの生成・引出しを中心にトカマク炉を対象として進展している。例えば回転励起された分子の解離性付着による負イオン生成を利用した大出力イオン源の開発が各国で精力的に行なわれようとしている。一方核融合炉規模の大型装置においては比較的重い原子または分子の中性ビームによるプラズマ加熱の有効性は理論的には指摘されてきたが、設計研究例は極めて少ない。そこで本研究では負イオンの生成過程の基礎的研究および関連する実験に必要な真空紫外レーザー及びそのシステムに関する資料収集、ビーム入射装置システムの設計研究を行った。一例としてドナー原子としてXe、負分子イオンとしてS【F_6】を選択し、Xeの光励起、光電離過程及びS【F_6】の電子付着による負分子イオン生成過程について調査した。その結果多光子電離過程によるXeの電離にはAvFとXeFのエキシマレーザーの組み合わせで効率的に行えることがわかった。また単光子共鳴遷移による励起とそれに続く電界電離によるXeからの電子供給が負分子イオンの高効率生成に有効であると思われ、それに必要なレーザー波長の検討を行った。(〜147nm)。一方中性化に必要なレーザー波長についても調査し、ヨウ素レーザーを用いた入射加熱装置の概念設計を進めた。またこれらと並行して(重)水素負イオンを用いたシステムについても検討し、上記システムと設計比較するとともに、従来の正イオン源システムの当センターでの運転経験に照らしてこれらシステムの将来性について検討を試みた。