The Origin of beam non-uniformity in a large Cs-seeded negative ion source

セシウム添加方式体積生成型負イオン源のビーム非一様性の原因

花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之; 井上 多加志; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 谷口 正樹; 渡邊 和弘

Hanada, Masaya; Seki, Takayoshi*; Takado, Naoyuki; Inoue, Takashi; Mizuno, Takatoshi*; Hatayama, Akiyoshi*; Kashiwagi, Mieko; Sakamoto, Keishi; Taniguchi, Masaki; Watanabe, Kazuhiro

セシウム添加方式体積生成型負イオン源のビーム非一様性の原因について実験的に調べた。ビーム強度分布とプラズマ密度分布の相関を調べた結果、負イオン強度はプラズマが集中している領域において高かった。プラズマが集中している領域においては、負イオンの素となるプロトンばかりでなく、水素原子の密度も局所的に高かったと考えられる。さらに、フィラメントから放出する1次電子の軌道を計算した結果、プラズマの集中は、フィラメントから放出した1次電子が、フィラメント近傍の磁場によって、BxBドリフトするためであることがわかった。ビーム非一様性の原因である高速1次電子のBxBドリフトを抑制するために、フィラメントの形状を変更した。その結果、ビーム強度の平均値からの偏差は、変更前の半分に減少しており、ビーム一様性を大幅に改善した。

The origin of the beam non-uniformity, that is one of the key issues in large Cs-seeded negative ion sources for JT-60U and ITER, was experimentally examined by measuring correlations between the intensity of the H ion beam and plasma parameters such as an electron temperature and plasma density in the JAERI 10 A negative ion source. From the correlation between the beam intensity and the plasma parameters, it was foreseen that the beam non-uniformity was due to the localization of the plasma and/or H0 atoms caused by B x B drift of the fast electron from filaments. The filament position was modified to suppress the B x B drift, and then the spatial uniformity of the beam intensity was examined. By this modification, the root-mean-square deviation of the spatial beam intensity from the averaged value deceased to a half of that before modification while the beam intensity integrated along the longitudinal direction was kept to be constant. From this result, it was confirmed that one of the origin of the beam non-uniformity was caused by plasma localization.