直接変換型高効率水素負イオン源の開発

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本研究は、次世代の大電流水素負イオン源にとって必要不可欠な負イオン生成の高効率化を目指したものである。最近の研究において、従来型の多極磁場配位のプラズマ源中に少量のセシウム(Cs)蒸気を注入することにより、4-5倍以上の負イオン電流値の増大が観測された。この実験結果の検討を詳細に行ったところ、水素負イオン電流値はアークプラズマ生成に必要なアーク電力のみに依存し、アーク電圧や電流には直接には依存していないことが明らかになった。一方でプローブ測定の結果、電極近傍での電子密度はアーク電力一定の条件でアーク電圧を増加させればそれとともに増加する。つまり電極近傍のイオン密度も変化していると考えられるが、それにもかかわらず負イオン電流値は変化していない。この結果から負イオン生成にはプラズマ中で生成される水素イオンではなく水素原子が大きく寄与しているものと推測される。したがって、アークプラズマを用いなくとも他の方法、たとえば高温の金属表面での水素分子の解離や電離により水素原子やイオンを生成し、これらのプラズマ電極に衝突させれば同じように高効率に負イオンが生成されるものと考えられる。そこで高温のモリブデンメッシュを多重に重ねて、この中を水素ガスを通過させ、金属表面での熱解離によりこれを解離あるいは電離させる構造を持ったイオン源を制作した。この時、ガスの流入量やメッシュの温度を制御することにより負イオンの生成効率を制御できる。現在までのところ期待される負イオン電流値は得られていないが、これはメッシュ部の温度をより高温にし解離効率を上げることにより効率よく水素負イオンが得られると期待される。さらに今後この直接変換方式による負イオン生成効率を従来のアークプラズマを用いた方式と比較し、さらに高効率な負イオン源を開発していく。