三次元収束型自己磁場絶縁大強度パルス軽イオンビームダイオードの開発と動特性評価

本研究は、本学に設置されている大電力パルスパワー発生装置“ETIGO-II"を用いて、我々が開発した新型自己磁場絶縁イオンビームダイオード(“三次元収束型プラズマフォーカスダイオード(SPFD)")の動作特性をはじめて実証したものである。本研究を通じて、次の結果が得られた。1.SPFDを“ETIGO-II"に取り付け動作特性を調べたところ、時間的に非常に安定であり、パルスパワー発生装置の特性インピーダンス(6.5OMEGA)にほぼ一致する。2.ピンホールカメラ及びシャドウボックスを用いて、イオンビームの収束性を測定したところ、イオンビームは直径〜0.5mm、長さ〜2.5mmの円筒領域に三次元的に収束する。3.バイアスイオンコレクター及び核放射化法を用いて、イオン電流を測定したところ、実験的に求められたイオンビーム電流効率は30〜40%である。4.二次元の静電的粒子シミュレーションを行い、SPFDギャップ間の電荷、電流及び電磁界の空間分布を明らかにし、イオンビームの偏向は主にギャップ間の電磁界分布の不均一に起因することが判明した。又、電極形状を最適化することにより、イオン電流効率及びイオンビームの収束性を更に改善できることが分かった。今後の課題としては、イオン種の評価及び収束性の向上が挙げられる。

本研究は、本学に設置されている大電力パルスパワー発生装置“ETIGO-II"を用いて、我々が開発した新型自己磁場絶縁イオンビームダイオード(“三次元収束型プラズマフォーカスダイオード(SPFD)")の動作特性をはじめて実証したものである。本研究を通じて、次の結果が得られた。1.SPFDを“ETIGO-II"に取り付け動作特性を調べたところ、時間的に非常に安定であり、パルスパワー発生装置の特性インピーダンス(6.5OMEGA)にほぼ一致する。2.ピンホールカメラ及びシャドウボックスを用いて、イオンビームの収束性を測定したところ、イオンビームは直径〜0.5mm、長さ〜2.5mmの円筒領域に三次元的に収束する。3.バイアスイオンコレクター及び核放射化法を用いて、イオン電流を測定したところ、実験的に求められたイオンビーム電流効率は30〜40%である。4.二次元の静電的粒子シミュレーションを行い、SPFDギャップ間の電荷、電流及び電磁界の空間分布を明らかにし、イオンビームの偏向は主にギャップ間の電磁界分布の不均一に起因することが判明した。又、電極形状を最適化することにより、イオン電流効率及びイオンビームの収束性を更に改善できることが分かった。今後の課題としては、イオン種の評価及び収束性の向上が挙げられる。