| Item type |
学位論文 / Thesis or Dissertation(1) |
| 公開日 |
2010-02-22 |
| タイトル |
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タイトル |
固体表面でのイオン反射を利用したイオンエネルギー分布計測 に関する研究 |
| 言語 |
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言語 |
jpn |
| 資源タイプ |
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資源タイプ識別子 |
http://purl.org/coar/resource_type/c_46ec |
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資源タイプ |
thesis |
| 著者名 |
長谷川, 靖洋
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| フリガナ |
ハセガワ, ヤスヒロ
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| 著者 |
HASEGAWA, Yasuhiro
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| 学位授与機関 |
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学位授与機関名 |
総合研究大学院大学 |
| 学位名 |
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学位名 |
博士（工学） |
| 学位記番号 |
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内容記述タイプ |
Other |
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内容記述 |
総研大甲第397号 |
| 研究科 |
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値 |
数物科学研究科 |
| 専攻 |
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値 |
10 核融合科学専攻 |
| 学位授与年月日 |
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学位授与年月日 |
1999-03-24 |
| 学位授与年度 |
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値 |
1998 |
| 要旨 |
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内容記述タイプ |
Other |
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内容記述 |
核融合実験装置のダイバータ領域において、壁へのイオン入射が原因となる材料損耗は、材料メンテナンス上大きな問題となっている。材料損耗はイオンのエネルギー、種類等に依存するため、壁へ入射するイオンに関するこれらの情報を得ることはダイバータ板損耗の評価の上で重要となる。入射イオン種の弁別ならびに必要とされる空間分解能の条件から、メインプラズマ中のイオン温度測定に使われている分光、NBA等の計測手法は適しているとは云えない。本研究では上記の条件を満たすダイバータプラズマ中のイオンエネルギー分布計測手法として「固体表面でのイオン反射を利用したイオンエネルギー分布計測」という新しい手法の提案を行った。本手法では、ダイバータプラズマ中に小さな固体ターゲット（＜10x10mm）を挿入し、その表面から反射してくる中性粒子のエネルギー分布を、飛行時間型エネルギー分析装置（TOF装置）を用いて測定する。反射粒子エネルギー分布は入射イオン種、入射エネルギー分布等に依存するため、得られた反射粒子エネルギー分布から逆にこれらの情報を得る。本研究では、イオン - 固体表面相互作用に関する計算で実績のあるモンテカルロシミュレーションコードTRIM.SP.を用い、この新しい計測手法に関する定量的な評価を行った。ざらにTOF装置を製作し、直線型定常プラズマ発生装置TPD-I において本手法の原理実証実験を行った。<br /> イオン反射に関しては数多くの理論的、実験的な研究が報告されている。しかし、磁化プラズマを対象とした研究は限られている。本研究では、磁化プラズマに対応するよう、TRIM.SP.による計算で、入射粒子のラーマー運動、及びエネルギー分布にイオン温度Tiで表されるマクスウエル分布とシースポテンシャルの影響を考慮した。ダイバータプラズマの水素イオン入射エネルギー領域（＜1keV）において、単一エネルギー入射（kTi＝0）の場合、反射粒子エネルギー分布は入射エネルギーよりやや小さいエネルギーでピークを持ち、ターゲット材料元素の質量数が大きいほど、この差は小さい。計算では、タングステンをターゲット材料として選定した。<br /> シミュレーションの結果、以下の事が明らかになった。<br />1． 反射粒子エネルギー分布は特徴的なピークエネルギー（Ep）を持つ。Epは固体前面に形成されるシースポテンシャルの大きさに対応するものであり、Epからシースポテンシャルが評価できる。<br />2． 反射粒子エネルギー分布において、Epよりも大きなエネルギー領域における反射粒子エネルギー分布の広がりより、入射イオン温度が評価できる。<br />以上の計算結果より、反射粒子エネルギー分布から、プラズマ中のイオン温度とターゲット前面に形成されるシースポテンシャルの情報が同時に得られることが示された。<br /> 次に、本計測手法の原理実証実験を行うために、TOF装置を製作し、TPD-I 装置に設置した。TOF装置は、（i）中性粒子束をチョップするチョッパー部，（ii）粒子のエネルギー分離を行うだめの約2.1mのフライト部，（iii）粒子をCu-Beに衝突させることによって発生する三次電子を検出する検出部からなる。検出器からの信号は高速・高利得増幅器を通してデジタルオシロスコープに入力され、ここでアナログ - デジタル変換される。プラズマ中に挿入するターゲット（10x10mm）はタングステン製で、外部電源を接続してバイアス電圧を印加することによりシースポテンシャルを変化することができるようにした。水素とヘリウムの混合プラズマ中にこのターゲットを挿入し、TOF装置による反射粒子エネルギー分布計測を行った。その結果、質量差による飛行時間の違いから水素とへリウムの反射粒子エネルギー分布が明確に分離できることが確認された。両者の反射粒子エネルギー分布は計算結果と同様にそれぞれピークを持っており、それぞれのEpよりターゲット前面のシースポテンシャルの評価を行った結果、両者は良く一致し、またシングノレプローブ特性から得られたシースポテンシャルともほぼ一致した。また、中性粒子圧力及び放電電流を変化することにより本計測手法で得られるイオン温度の、それぞれへの依存性を調べた。その結果、中性粒子圧力の減少及び放電電流の増大番こよりイオン温度の上昇が観測された。これはTPD-I 装置で過去にイオンセンシティブプローブ及びドップラー広がり計測により測定された結果と定性的に一致する。以上に示した原理実証実験の結果より、本計測手法の有効性が示された。<br /> 本計測手法の実機、大型ヘリカル装置（LHD）への応用を考える。LHDの周辺プラズマのプラメー夕を、ne＝ni＝1x10 18m-3，kTe＝kTi＝20eVとする。TOF装置のフライトチューブの長さを4mとし、プラズマに対してターゲットに-150Vのバイアスをかけて測定を行う。この条件において、プラズマ中に挿入するターゲットを13x3mmの大きさで、本手法によるイオン温度ならびにシースポテンシャルの同時測定が可能であることを示した。<br /> 以上、本研究ではプラズマ対向壁損耗に関して重要なパラメータの一つであるダイバータプラズマ中のイオンエネルギー分布及び対向壁前面のシースポテンシャルを、イオン種の弁別と同時に比較的高い空間分解能をもって計測しうる新しい計測手法を提案した。モンテカルロシミュレーションコードTRIM.SP.により定量的な評価を行い、本計測手法が原理的に実現可能であることを示した。さらに、直線型プラズマ発生装置TPD-I において本計測手法の原理実証実験を行い、実験的にも本計測手法の有効性を示し、大型ヘリカル装置（LHD）への応用の具体案を示した。 |
| 所蔵 |
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値 |
有 |
| フォーマット |
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内容記述タイプ |
Other |
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内容記述 |
application/pdf |
要旨・審査要旨 / Abstract, Screening Result (406.0 kB)
