大強度陽子加速器用負イオン源のフィラメント寿命試験

Filament lifetime test of the negative ion source for the high intensity proton accelerator

小栗 英知  ; 滑川 裕矢*

Oguri, Hidetomo; Namekawa, Yuya*

原研とKEKが共同で推進する大強度陽子加速器計画(J-PARC)では、物質科学,原子核物理,原子力工学の分野において最先端の研究を行うため、世界最高の陽子ビーム強度を持った加速器群を建設することを目指している。この加速器用の負水素イオン源には、ビーム電流60mA以上,エミッタンス0.20mm・mrad以下,デューティーファクター2.5%のビーム引き出しが要求され、さらに連続500時間のビーム供給が必要とされる。原研ではこれまで、J-PARCで用いる負イオン源の研究開発を進めてきた。その結果、セシウム添加状態において負イオンビーム電流72mA,規格化RMSエミッタンス0.15mm・mradのビーム引き出しに成功し、必要なイオン源の基本ビーム性能を達成した。今回は、本イオン源のメンテナンス頻度を決める要因の一つであるソースプラズマ生成用フィラメント陰極について、寿命試験を実施した。その結果、アークパワー30kW,デューティーファクター3%の典型的な運転条件で、フィラメントの寿命は258時間有ることを確認した。さらに、フィラメント電源とアーク電源の接続方法の変更やフィラメント形状の最適化により、寿命を800時間以上に延伸できる見通しを得た。

The high intensity proton accelerator facility project (J-PARC) aims to pursue frontier science in materials science, nuclear physics and nuclear technology, using an accelerator complex at the highest beam power in the world. An H ion source for the project is required to produce a beam current of 60 mA and an emittance of 0.20 mm.mrad with a duty factor of 2.5 %. In addition, the ion source must be run for 500 h continuously without maintenance. As a result of the beam test, the beam current and the emittance of 72 mA and 0.15 mm.mrad were achieved in the Cs seeded operation, respectively. Because a lifetime of the filament cathode is one of the main restrictions for the maintenance cycle, we started to perform a filament lifetime test. As the result of the test, we succeeded for 258 h arc operation at the arc power of 30 kW with the duty factor of 3 %. Moreover, the results showed that there is a possibility of achievement 800 h lifetime by change the connection between filament and arc power supply and the optimization of the filament shape.