重水素負イオン源における同位体効果の物理メカニズムの理論的解明

氘负离子源同位素效应物理机制的理论阐明

基本信息

批准号：
19K03783
负责人：
宮本賢治
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Naruto University of Education
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、実機核融合用負イオン源や医療用加速器での重水素負イオン源について同位体効果と呼ばれる、水素放電プラズマの場合と異なる物理特性のメカニズムの解明を図る。特に負イオンと同時に引き出される電子電流の増加については、プラズマ生成領域のプラズマ密度増加が原因である事が実験的に示唆された。しかし、なぜ重水素化することでプラズマ生成領域においてプラズマ密度が増加するのかは分かっていない。そこで本研究では電子輸送解析用の大規模な数値シミュレーション（KEIO-MARCコード）と、その支援として水素と重水素の原子・分子衝突過程を考慮した0次元モデルによる解析の両方で研究を進めてきた。2022年度は電子輸送解析コードKEIO-MARCを水素イオン解析へ拡張し、水素プラズマ輸送に対する同位体効果の解析に先立ち、実形状・実磁場配位のもとで電子および陽子の輸送過程と装置内壁への損失過程について数値解析を行った。その結果、水素イオンの多くはカスプ領域で損失しており、初期運動エネルギーが10 eV以下では電子と同程度の割合であることが明らかになった。また高エネルギー（20~70 eV）になると、ラーマー半径が大きくなり旋回途中で壁に衝突する割合が増えて、カスプ領域外での損失が増加することが分かった。さらに装置内壁で損失した粒子の分布の半値幅からカスプ損失幅を求めた。プラズマ領域の温度から算出したラーマー直径よりもカスプ損失幅が大きくなることが示された。

在本研究中，我们旨在阐明医疗加速器中使用的实际核聚变负离子源和氘负离子源的物理特性（称为同位素效应）与氢放电等离子体的物理特性不同的机制。特别地，已经通过实验表明与负离子同时引出的电子电流的增加是由于等离子体生成区域中的等离子体密度的增加所致。然而，尚不清楚为什么氘化会增加等离子体产生区域中的等离子体密度。因此，在这项研究中，我们正在进行电子输运分析的大规模数值模拟（KEIO-MARC代码）和使用考虑氢和氘的原子和分子碰撞过程的0维模型的分析。。 2022财年，我们将电子输运分析代码KEIO-MARC扩展到氢离子分析，在分析同位素对氢等离子体输运的影响之前，我们将研究真实几何结构和真实磁场配置下的电子和质子的输运过程。对器件内壁的损耗过程进行了数值分析。结果表明，大部分氢离子在尖点区域丢失，并且在初始动能低于10 eV时，该比例与电子的比例相当。研究还发现，在高能量（20 至 70 eV）下，拉莫尔半径增加，转动过程中与壁碰撞的比例增加，尖点区域外的损耗增加。此外，尖点损失宽度由装置内壁上损失的颗粒分布的半宽度确定。结果表明，尖点损失宽度大于根据等离子体区域温度计算出的拉莫尔直径。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of RF Electric Field on Beam Focusing in Negative Ion Source Plasma

射频电场对负离子源等离子体束聚焦的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Taiga Hamajima;Ryoya Nakamoto;Kenichi Nagaoka; Haruhisa Nakano;Engrhyt Rattanawongnara;Katsuyoshi Tsumori;Katsunori Ikeda;Masashi Kisaki;Shingo Masaki;Kenji Miyamoto;Masaki Osakabe;Kazunori Takahashi;Shinji Yoshimura
通讯作者：
Shinji Yoshimura

負イオンビーム集束性に関する考察

关于负离子束聚焦性的考虑

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Fujiwara Kazumasa;Georgiev Vladimir;Ozawa Tohru;永岡賢一波場泰昭木崎雅志中本崚也津守克嘉中野治久宮本賢治高橋和貴池田勝則藤原大長壁正樹
通讯作者：
永岡賢一波場泰昭木崎雅志中本崚也津守克嘉中野治久宮本賢治高橋和貴池田勝則藤原大長壁正樹

Numerical study of different electron density observed in Hydrogen and Deuterium ion source plasmas

氢和氘离子源等离子体中观察到的不同电子密度的数值研究

DOI：
10.1088/1742-6596/2244/1/012002
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Physics: Conference Series
影响因子：
0
作者：
T Shibata;R Kato;H Nakano;K Hayashi;J Sato;K Miyamoto,K Hoshino;and A Hatayama
通讯作者：
and A Hatayama

NIFS負イオン源におけるプラズマ輸送過程の評価

NIFS负离子源中等离子体传输过程的评估