【研究分野】核融合学

【研究領域課題番号】13480132 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

慣性核融合 / プラズマ / 阻止能 / クーロン対数 / 陽子ビーム / 重イオンビーム / 加速器 / レーザーイオン源 / イオンビーム / 核融合 / レーザー / 有効電荷 / 飛行時間法 / 高温プラズマ / イオン源 / 有功電荷

【研究成果の概要】

重イオンビーム・プラズマ相互作用におけるクーロン対数の測定のために,高強度陽子ビーム発生用レーザープラズマイオン源,及び低エネルギーパルス陽子ビーム加速装置の設計・製作を進め,実験に必要なμA級のビームを得た.またビーム集束用静電型四重極レンズを設計・製作し,集束力を確認した.専用ビームラインを建設し,既存のビームラインに損失なく合流させることに成功した.飛行時間法による陽子のエネルギー損失測定のために,空洞共振器を用いたビームパルス化装置を製作し,標的位置において陽子ビームを時間幅で1ns以下にパルス化することに成功した.予備実験として,炭素薄膜中の120keV陽子の阻止能測定を行い,他の文献の値と良く一致する結果を得た.次にレーザー生成プラズマ標的とビームの相互作用実験を試みたが,シングルショットのパルスビームであるためにビーム位置モニターの感度が不足し,プラズマ標的の中心にビームを通過させることが困難であった.この理由により,予定していたクーロン対数,すなわち低エネルギー陽子ビームの阻止能測定には至らなかった.以上の低エネルギー陽子加速器を用いた実験と並行して,プラズマ中のクーロン対数に関する情報を得るため,電荷状態の異なる高エネルギー重イオンビームの阻止能測定を行った.またHe^<2+>イオンビームを用いて,zピンチ放電プラズマとの相互作用実験を行い,エネルギー損失の測定結果からクーロン対数の評価に成功した.さらにクーロン対数を数値計算により評価するための粒子コード開発を行い,高密度・低温プラズマ中で高荷電数イオンの阻止能に非線形性が現れることが確認できた.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】14,900千円 (直接経費: 14,900千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】11480122 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イオンビーム / エミッタンス / 加速器 / 空間電荷効果 / 大電流ビーム / 慣性核融合 / レーザー / プラズマ / 重イオンビーム / イオン源

【研究成果の概要】

平成11年度にはレーザーイオン源から低エミッタンスビームを発生するためのKrFエキシマレーザー照射系の開発とイオン源の特性試験を中心に研究開発を行い,結果的に当初使用していたNd:YAGレーザーの場合を上回るビーム強度を得ることができた.またMCPとCCDカメラを用いてエミッタンスの時間分解測定に成功し,実際にレーザーイオン源からのビームのエミッタンスが1パルスの間で時間的に大きく変化することを見出した.しかし,より短波長のエキシマレーザーを用いても予想された低いエミッタンスは得られなかった.この結果から,レーザープラズマの流体的挙動やプラズマへのレーザーの進入深さ等,多数の因子間の複雑な相互作用によってビームのエミッタンスが決まっていることが明らかになった.
一方,平成12年度には非線型空間電荷力によるエミッタンス増大測定実験のために静電四重極チャンネルを接続してビーム輸送試験を開始した.しかしビームの発散が極めて強く,チャンネルにほとんど入射できないことが分かった.そこで電極を同心球面状構造に変更して再度チャンネルへの入射を試みたが,過集束のためビームは再び大きく発散した.したがって当初予定していたビームエミッタンス増大測定実験は実施できなかった.
実験に並行してビーム粒子に働く非線型空間電荷力とその運動を記述する3次元粒子コードを開発し,ビーム挙動の数値解析を行った.断面の粒子密度分布が一様及び非一様の楕円断面ビームに対してチャンネル内でのエミッタンスの推移を調べたところ,非一様ビームの場合に大幅なエミッタンスの増大が見られ,同時に断面密度分布は一様に近づくことが数値的に再現できた.これによりビームに蓄えられた非線型空間電荷エネルギーが解放されてエミッタンスの増加をもたらすというメカニズムを数値的に確認することができた.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】15,800千円 (直接経費: 15,800千円)