Design study of 500 keV H accelerator for ITER NB system

ITER用中性粒子入射加熱装置に向けた500keV水素負イオン加速器設計

柏木 美恵子; 井上 多加志

Kashiwagi, Mieko; Inoue, Takashi

ITERの加熱・電流駆動に用いられる中性粒子入射装置では、1MeV, 40Aの重水素負イオン(D)、又は870keV, 46Aの水素負イオン(H)のイオンビームを生成する多孔5段加速器の設計が進められてきた。しかし、ITER運転初期の低密度水素プラズマに対してはビームの突き抜けが予想されるため、ビームエネルギーを500keVに下げつつ大電流のHイオンビームを生成する加速器の検討が必要となった。本研究の目的は、元の5段加速器から500keV H 3段加速器へ変更する際に必要な改造項目を明確にし、かつその物理設計を実施することである。2次元ビーム解析において、ビーム光学研究に基づき電極構造を最適化した。3次元マルチビームレット解析において、ビームレット同士の空間電荷反発と磁場によるビーム偏向を補正するための孔ずれ付き電子抑制電極、またビームレットを集束するための孔ずれ付き接地電極を設計した。3次元ガス解析において、負イオンの中性化損失、及び高電圧保持に必要なイオン源周りのガス圧は設計値を満足することを確認した。最後に、加速器の改造項目をまとめる。

In a neutral beam (NB) system for heating and current drive of ITER, detailed designs of a multi aperture five stage accelerator to produce 1 MeV 40 A D and 870 keV 46 A H ion beams are ongoing. However, it was expected that the shinethrough power from 870 keV H beam was above tolerable level for the maximum plasma density prior to any H mode. Therefore, it was required to reduce the beam energy to 500 keV with maintaining high beam current. The objective of this study is to identify necessary modifications from the original five stage accelerator to a three stage accelerator to produce 500 keV H ion beam. The physics design of the three stage accelerator was carried out based on a beam optics study in a 2D beam analysis, a beamlet steering design in a 3D multi beamlets analysis and gas density / stripping loss of negative ions in a 3D gas analysis. Finally, the items for necessary modification were summarized.