Recent R&D activities of negative-ion-based ion source for JT-60SA

JT-60SAに向けた負イオン源の最近の開発活動

池田 佳隆; 花田 磨砂也; 鎌田 正輝; 小林 薫; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 海老沢 昇; 井上 多加志; 本田 敦; 河合 視己人; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 能登 勝也; 大麻 和美; 大島 克己; 佐々木 駿一; 清水 達夫; 竹之内 忠; 棚井 豊; 薄井 勝富; 渡邊 和弘; Grisham, L. R.*; 小林 信一*; 山納 康*; 高橋 昌宏*

Ikeda, Yoshitaka; Hanada, Masaya; Kamada, Masaki; Kobayashi, Kaoru; Umeda, Naotaka; Akino, Noboru; Ebisawa, Noboru; Inoue, Takashi; Honda, Atsushi; Kawai, Mikito; Kazawa, Minoru; Kikuchi, Katsumi; Komata, Masao; Mogaki, Kazuhiko; Noto, Katsuya; Oasa, Kazumi; Oshima, Katsumi; Sasaki, Shunichi; Shimizu, Tatsuo; Takenouchi, Tadashi; Tanai, Yutaka; Usui, Katsutomi; Watanabe, Kazuhiro; Grisham, L. R.*; Kobayashi, Shinichi*; Yamano, Yasushi*; Takahashi, Masahiro*

JT-60SA用負イオンNBI加熱装置(N-NBI)は、加速エネルギー500keV, 10MW, 100秒入射の性能が求められている。JT-60SA用N-NBIの実現には、3つの課題解決が必要である。1つはイオン源の耐電圧の改善である。最近のイオン源の耐電圧試験から、大型加速管ではその電極面積の大型化に伴い長時間のコンディショニングと電界強度の設計裕度が必要であることが明らかとなった。2つ目は、電極及びビームラインの熱負荷の低減である。最近の研究によりビーム同士の空間電荷効果でビーム軌道が曲げられ電極に衝突し、熱負荷を増加していることが明らかとなった。これは空間電荷効果を考慮した3次元ビーム軌道計算に基づき電極構造を補正することで改善できる。3つ目は、100秒間の安定な負イオン生成である。このため負イオン生成に不可欠なプラズマ電極の温度制御方式を提案した。これらのR&Dを行い、JT-60SA用N-NBIのイオン源は2015年から改造を予定している。

The JT-60SA N-NBI system is required to inject 10 MW for 100 s at 500 keV. Three key issues should be solved for the JT-60SA N-NBI ion source. One is to improve the voltage holding capability. Recent R&D tests suggested that the accelerator with a large area of grids may need a high margin in the design of electric field and a long time for conditioning. The second issue is to reduce the grid power loading. It was found that some beamlets were strongly deflected due to beamlet-beamlet interaction and strike on the grounded grid. The grids are to be designed by taking account of beamlet-beamlet interaction in three-dimensional simulation. Third is to maintain the D- production for 100 s. A simple cooling structure is proposed for the active cooled plasma grid, where a key is the temperature gradient on the plasma grid for uniform D- production. The modified N-NBI ion source will start on JT-60SA in 2015.