NBI用大電力イオン源プラズマ生成部の製作

Development of a plasma generator for a high power NBI ion source

大楽 正幸; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 坂本 慶司; 花田 磨砂也; 秋野 昇; 池田 佳隆; 山本 巧*

Dairaku, Masayuki; Watanabe, Kazuhiro; Tobari, Hiroyuki; Kashiwagi, Mieko; Inoue, Takashi; Sakamoto, Keishi; Hanada, Masaya; Akino, Noboru; Ikeda, Yoshitaka; Yamamoto, Takumi*

核融合実験炉の中性粒子入射装置(NBI)用イオン源の大電力長パルス化に向けた技術開発の一環として、NBI用大電力イオン源プラズマ生成部の設計,製作を実施した。イオン加速部と組合せた最終的なNBI用イオン源としての出力性能目標は、120keV, 65A, 200秒以上の重水素正イオンビームの生成である。この大電流イオンビームを引出すため、本プラズマ生成部は約100kWの大パワーアーク放電で生成したプラズマを長時間安定に維持可能で、かつ、大面積ビーム引出し領域(最大1246cm)に対応できる構造とした。本プラズマ生成部の設計にあたっては、高密度で一様なプラズマ生成のために特に重要な磁場配位と電子軌道についてシミュレーションを行い、磁石配置とフィラメント陰極構造を決定した。また、高真空保持や長パルス運転に向けた十分な冷却性能の確保など、高性能プラズマ生成と整合を取ることに留意し、大容積プラズマ源(内寸: 幅25cm長さ59cm高さ31cm)の製作を完了した。

A plasma generator whose inner dimensions are 25 cm in width, 59 cm in length, and 31 cm in depth for a high power and long pulse ion source in neutral beam injector has been designed and fabricated. The plasma generator has a beam extraction area of 12 cm in width and 46 cm in length. A target of the output beam using the plasma generator is to produce deuterium positive ion beams up to 120 keV, 65 A for longer than 200 s pulses. Arrangement of the permanent magnets and filaments has been designed by using an electron trajectory simulation code to produce uniform and high density plasma with high proton yield. Cooling channels have been also designed to operate the long pulse plasma generation with a 100 kW arc discharge power.