Power loading of electrons ejected from the JT-60 negative ion source

JT-60負イオン源から放出された電子の熱負荷

花田 磨砂也; 池田 佳隆; 鎌田 正輝; Grisham, L. R.*

Hanada, Masaya; Ikeda, Yoshitaka; Kamada, Masaki; Grisham, L. R.*

JT-60負イオンNBI装置において、世界で初めて、負イオン源からビームラインに流出する電子の熱負荷やその分布を測定した。JT-60U負イオン源の動作圧力及びパービアンス(動作圧力0.3Paの下、300keV, 3.4Aの重水素負イオンビームを生成)での電子の熱流束及び全体熱量はそれぞれ、約8W/cm及び27kWであった。この全体熱量はイオン加速のために加速電源で消費したパワーの2.6%という非常に低い値であり、100秒,10MW入射が要求されるJT-60SAにおいても十分に除熱できることを明らかにした。また、3次元電子軌道計算を用いてイオン源内の電子軌道を調べた結果、全体熱量の約70%が加速器内における負イオンの中性化損失によって発生する剥離電子に起因することや、その剥離電子がおもに第2番目の加速ギャップで生じていることを明らかにした。

Power loading of the electrons ejected from the negative ion accelerator to the beam-line was first measured in the negative-ion-based neutral beam injector on JT-60U. At 0.3 Pa of the operating pressure in the arc chamber, the heat flux and the total power load for the single segment were about 8 W/cm and 27 kW for the D ion beam of 300 keV, 3.4 A, respectively. The normalized total power loading on the electron dump was no more than 2.6% of the electric power in the acceleration power supply. About 70% of the total power is originated by the electrons stripped from D ions due to the collisions with residual gas molecules in the accelerator. The calculation of the stripped electron trajectories shows that the electrons stripped in the second acceleration gap are the main origin of the power loading in the beam-line.