Demonstration of 500 keV beam acceleration on JT-60 negative-ion-based neutral beam injector

JT-60N-NBIにおける500keVビーム加速の実証

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; 菊池 勝美; 関 則和; 根本 修司; 大島 克己; 清水 達夫; 久保 直也; 大麻 和美; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 小林 信一*; 山納 康*; Grisham, L. R.*

Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Tanaka, Yutaka*; Kawai, Mikito*; Akino, Noboru; Kazawa, Minoru; Komata, Masao; Mogaki, Kazuhiko; Usui, Katsutomi; Sasaki, Shunichi; Kikuchi, Katsumi; Seki, Norikatsu; Nemoto, Shuji; Oshima, Katsumi; Shimizu, Tatsuo; Kubo, Naoya; Oasa, Kazumi; Inoue, Takashi; Watanabe, Kazuhiro; Taniguchi, Masaki; Kashiwagi, Mieko; Tobari, Hiroyuki; Kobayashi, Shinichi*; Yamano, Yasushi*; Grisham, L. R.*

JT-60N-NBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されているのが問題であった。そこで、加速電極の間隔を拡げて、負イオン源内の最短の真空絶縁距離である支持枠角部の電界集中を低減した結果、単段の要求性能を超える200kVを保持することに成功し、設計指標となっていた大型の負イオン源では小型電極よりも6から7倍程度長い真空絶縁距離が必要であることが明らかになった。その理由として電極の面積が100倍異なることだけでなく、1080個もある電極孔や支持枠等の局所電界の電界分布が影響していることが小型電極の実験結果から予測される。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施した結果、従来420keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。ギャップ長を増加させたことによりビーム光学が劣化して電極熱負荷が増大することが懸念されたが、今回のギャップ長の範囲ではビーム光学の劣化がないことを確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。

Hydrogen negative ion beams of 490keV, 3A and 510 keV, 1A have been successfully produced in the JT-60 negative ion source with three acceleration stages. These successful productions of the high-energy beams at high current have been achieved by overcoming the most critical issue, i.e., a poor voltage holding of the large negative ion sources with the grids of 2 m for JT-60SA and ITER. To improve voltage holding capability, the breakdown voltages for the large grids was examined for the first time. It was found that a vacuum insulation distance for the large grids was 6-7 times longer than that for the small-area grid (0.02 m). From this result, the gap lengths between the grids were tuned in the JT-60 negative ion source. The modification of the ion source also realized a significant stabilization of voltage holding and a short conditioning time. These results suggest a practical use of the large negative ion sources in JT-60 SA and ITER.