担当:尾坪 徹紀
研究背景
核融合加熱や医療に用いられているイオン源では、引き出される荷電ビームの電流値向上が求められている。そのために、イオン源内で生成されるプラズマの損失を抑える必要がある。
プラズマの損失、特に壁への損失には2つの要素「シース」と「カスプ磁場」が深く関わっている。「シース」はイオン源内の壁近傍にできる電場が非常に強く極薄い領域であり、負電荷粒子を閉じ込める。また、「カスプ磁場」は永久磁石により壁近傍に形成される磁場構造であり、荷電粒子が直接壁に到達し再結合により消失することを防ぐ。したがって、これらはどちらも荷電粒子を閉じ込める効果を持っており、プラズマの損失を抑えているが、それらの相互作用についてはほとんど解明されていない。
この研究の目的は、この相互作用、すなわち「カスプ磁場がある場合にできるシース」をシミュレーションを通して解析することにより、プラズマ損失過程をより明確にしイオン源の性能向上に寄与することである。
研究手法
本研究では、Particle-in-Cell(PIC)法と呼ばれるプラズマ粒子シミュレーションを用いる。PIC法は、電磁場中のプラズマの輸送をプラズマが作る電磁場の時間発展を自己矛盾なく解くことができる。具体的には、格子状に分けられた格子点に電荷密度を割り当て、ポワソン方程式

と運動方程式

を交互に解くことによって求める。