Steering of multiple beamlets in the JT-60U negative ion source

JT-60U負イオン源におけるマルチビームレットの軌道制御

鎌田 正輝; 花田 磨砂也; 池田 佳隆; Grisham, L. R.*

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

JT-60U負イオン源の長パルス化研究の一環として、負イオンの衝突に起因する大面積多孔電極の熱負荷を低減するために、マルチビームレットの集束性を改善する電界補正板を新規に制作し、実機において試験した。補正板の設計には3次元ビーム軌道計算を用い、最外ビームレットの偏向角度を計算した。従来よりも板厚を薄くするとともに補正板を電極孔から遠ざけることによって、最外ビームレットの過集束を改善し、電極との衝突を低減できることがわかった。加えて、電子抑制のために引出電極に挿入されている永久磁石によるビーム偏向を考慮して、電極孔と板の距離を調整した。同補正板を実機に装着した結果、加速電圧350kVにおける最外ビームレットの偏向角度は従来の-10mradから-5mradまで変化し、過集束を改善できた。この改善により、従来から熱負荷が最も高い接地電極の熱負荷を加速電源パワーに対して従来の9%から7%まで低減した。この結果から、500keV, 22AのD-ビームを100秒間発生することを要求されているJT-60SA負イオン源においても、同様の補正板を用いて電極熱負荷を許容範囲内に抑制できる見通しを得た。

To reduce heat loading of large-area, multi-aperture grids due to interception of negative ion beam, newly-designed field-shaping plates (FSPs) were installed in JT-60U negative ion source. Design of the FSPs based on results of 3D simulation of multiple-beamlets trajectory. It was found that overfocusing of outermost beamlet can be improved by thinner and farther FSP than previous FSP. Furthermore, positions of FSPs were adjusted in each horizontal row of apertures to suppress deflection of the ion beam due to dipole magnetic field for electron suppression. As test results of the newly-designed FSP, the newly-designed FSP significantly reduced the overfocusing of the outermost beamlet from -10 mrad to -5 mrad at 350 kV in acceleration voltage and the power loading of grounded grid from 9% to 7% of drain power. This level of the power loading is allowable in JT-60SA where the negative ion beam with 500 keV, 22 A for 100 s is required.