Development of a high-brightness and low-divergence lithium neutral beam for a Zeeman polarimetry on JT-60U

JT-60Uにおけるゼーマン偏光計測を目的とした高輝度・低発散中性Liビームの開発

小島 有志; 神谷 健作; 井口 春和*; 藤田 隆明; 垣内 秀人*; 鎌田 裕

Kojima, Atsushi; Kamiya, Kensaku; Iguchi, Harukazu*; Fujita, Takaaki; Kakiuchi, Hideto*; Kamada, Yutaka

JT-60Uにおける周辺電流分布計測を目的として、高輝度・低発散角を有する中性リチウムビーム源の開発に成功した。リチウムビームプローブではゼーマン偏光成分を検出することにより、磁場のピッチ角から電流分布,放射強度分布から密度分布を計測する。JT-60Uにおけるリチウムビームプローブには6.5mの長距離ビーム輸送が必要であるため、高輝度で低発散角のリチウムビームが不可欠である。高S/Nを稼ぐための高輝度リチウムイオン源として電子ビーム加熱型イオン源を開発し、収束性を高めるために中心ピーク型の温度分布に調整し、イオン放出面を凹型にした。このイオン源を用いて、10keVのリチウムイオンビームを10mA引き出すことに成功し、50秒間の長時間引き出しを達成した。ビームエネルギーはJT-60Uのペデスタル密度に対応するため、10keVの低エネルギーが必要であるが、低エネルギー大電流ビームは非常に空間電荷が強く、空間電荷を考慮した軌道計算が必要である。よって、ゼーマン偏光計測のための低発散角を目的として、軌道計算を行うことによりイオン銃の電極形状を最適化し、実際に実験を行って0.2度の発散角を達成した。

A high-brightness and low-divergence neutral lithium beam is obtained for a Zeeman polarimetry of edge plasmas on JT-60U. In order to achieve high-brightness and low divergence angle simultaneously, the beam optics is designed after detailed numerical simulation taking the space charge effects into account. The newly-developed ion gun is operated on a test stand which simulates the diagnostic arrangement on JT-60U. The ion beam current of 10 mA is successfully extracted from the electron beam heated ion source. A sodium vapor neutralizer neutralizes the collimated ion beam fully at the temperature of 300C. The neutral lithium beam is transported for 6.5 m long from the neutralizer. The HWHM radius of 26 mm and the equivalent beam current of 3 mA with the beam divergence angle of 0.2 degree are obtained. Those parameters satisfy the requirements of the Zeeman polarimetry. Furthermore, a long pulse extraction with a current of 10 mA and duration of 50 seconds is attained.