The shape of a plasma meniscus is a key factor to determine the beam focusing. The physics model of the meniscus formation for hydrogen negative ion sources has not been established yet. A backward trajectory calculation based on experimental observation is performed in order to derive the particle information at the meniscus. It is observed that the negative ion density is spatially nonuniform in the direction parallel to the magnets for suppression of co-extracted electrons. A nonuniformity of the negative ion density in the vicinity of the meniscus is taken into account in the forward trajectory calculation. It reveals that the nonuniform negative ion distribution leads to degradation of the beam focusing and the beam splitting in phase space. The importance of the spatial distribution of negative ions on meniscus modelling is discussed with a comparison to uniform extraction model.
プラズマメニスカスの形状は、ビーム集束を決定する重要な因子である。水素負イオン源におけるメニスカス形成の物理モデルは、まだ確立されていない。実験的観察に基づく逆方向軌道計算を実施し、メニスカスにおける粒子情報を導出した。共抽出電子の抑制用磁石に平行な方向において、負イオン密度が空間的に不均一であることが観察された。メニスカス近傍における負イオン密度の不均一性を順方向軌道計算に考慮した。その結果、負イオン密度分布の不均一性がビーム集束の劣化と位相空間におけるビームの分裂を引き起こすことが明らかになった。一様抽出モデルとの比較を通じて、メニスカスモデリングにおける負イオンの空間分布の重要性について議論する。