3aB27P 負イオン源内における電子エネルギー分布の解析 Analysis of electron energy distribution in a negative ion source 藤野郁朗1, 畑山明聖1, 井上多加志2 慶大理工1、原子力機構2 Ikuro FUJINO1, Akiyoshi HATAYAMA1, Takashi INOUE2 Keio Univ.1, JAEA2 負イオン生成量を最適化するためには、負イオン源内部における電子エネルギー分布の解析が重要となる。本研究では、アーク放電型水素負イオン源をモデリングの対象とし、まず負イオン源内部における電子エネルギー分布を求めることが可能となるモンテカルロ・シミュレーションコードの開発を行った[1]。次に、開発したコードを利用して、磁場による電子密度・温度への影響などについて検討した。開発したコードの特徴は 2 点ある。まず、実形状と実磁場配位を考慮した。開発したコードは、カスプ磁場・フィルター磁場・引き出し磁場の有無による電子密度・温度等への影響を検討できるようになっている。次に、電子エネルギー分布に影響を及ぼすクーロン衝突および非弾性衝突を考慮した。解析対象の電子同士のクーロン衝突を取り入れたことで、電子エネルギー分布を求められるようになった。クーロン衝突の取り扱いは、二体衝突モデルに拠った[2]。さらに、電子の生成・消滅に影響するイオン化や再結合過程などの非弾性衝突反応を考慮した。これにより、イオン化により放出された二次電子も解析対象に含めることができるようになった。以上の特徴を考慮したコードを用いて、電子生成（熱電子や二次電子）と電子消滅（再結合や壁損失）が釣り合う事で電子密度が一定になるまで計算した。図 1 に示すように、得られた電子エネルギー分布は特徴を二点持つ。第一に、ドライバー領域（引き出し側から離れている領域）では電子が多くのエネルギー領域にわたり分布しているのに対して、引き出し領域では高エネルギー電子があまり存在しないことである。これはフィルター磁場により高エネルギー電子が引き出し領域に侵入しにくくなっていることを示す。第二に、二領域における低温部分の電子温度を比較すると、傾きからわかるように引き出し領域の温度の方が低くなっている。この理由も、フィルター磁場により高エネルギー電子が引き出し領域に侵入しにくくなっていると考えられる。 [1] I. Fujino, A. Hatayama, N. Takado, and T. Inoue, Rev. Sci. Instrum. 79, 02A510 (2008) [2] T. Takizuka and H. Abe, J. Comput. Phys. 25, 205 (1977). 図 1：ドライバー領域と引き出し領域における電子エネルギー分布の比較