Development of high performance negative ion sources and accelerators for MeV class neutral beam injectors

MeV級中性粒子入射装置に向けた高性能負イオン源/加速器の開発

谷口 正樹; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 柏木 美恵子; 森下 卓俊; 奥村 義和; 清水 崇司*; 高柳 智弘*   ; 渡邊 和弘; 今井 剛

Taniguchi, Masaki; Hanada, Masaya; Iga, Takashi*; Inoue, Takashi; Kashiwagi, Mieko; Morishita, Takatoshi; Okumura, Yoshikazu; Shimizu, Takashi*; Takayanagi, Tomohiro*; Watanabe, Kazuhiro; Imai, Tsuyoshi

メートル級の真空長ギャップにおいて負イオン源加速器に相当する条件での放電特性を実験的に明らかにし、ITER等のNBI運転条件で1MVの高圧を保持できる見通しを示した。上記のデータに基づき、真空絶縁方式のMeV級負イオン加速器を設計製作し、その耐電圧と負イオン加速実証試験を行った。その結果、世界で初めて真空絶縁方式による負イオン加速器によって、ほぼ定格のエネルギーである970keVまでの負イオン加速に成功し、本方式の実現性を実証した。また、負イオン生成の効率改善の研究として、低ガス圧力で高密度の負イオン生成の可能なイオン源を開発した。従来0.3Pa程度の動作圧力であったものを、イオン源フィルター磁場等の改良により0.1Paの極めて低い圧力条件でも31mA/cmの高密度負イオンを生成する事に世界で初めて成功した。

A high power neutral beam injector (NBI) has been designed for ITER. A key component of the NBI system is a high power beam source which produces a 40A D ion beams at the energy of 1 MeV. JAERI has developed a vacuum insulated beam source (VIBS). The VIBS insulates the high voltage of 1 MV by immersing the ion source and accelerator in vacuum. So far the VIBS succeeded in acceleration of 37 mA (power supply drain current) beam up to 970 keV for 1 s. The achieved beam energy is nearly equal to the required value for the ITER NBI system. The negative ion source for the ITER beam source has been also developed. One of the key issues for the negative ion source is reduction of the operating pressure. By optimizing the filter magnetic field for negative ion production even at low pressure, a H ion beam of 31 mA/cm was extracted at 0.1 Pa. Although the pulse length was very short (0.1 s) the ITER requirement on the current density was demonstrated at 1/3 of the ITER design pressure (0.3 Pa), which could reduce the heat loading on the accelerator grids.