Development of long pulse neutral beam injector on JT-60U for JT-60SA

JT-60SAに向けた長パルス中性粒子入射装置の開発

花田 磨砂也; 池田 佳隆; Grisham, L.*; 小林 信一*; JT-60NBI開発グループ

Hanada, Masaya; Ikeda, Yoshitaka; Grisham, L.*; Kobayashi, Shinichi*; JT-60NBI Group

本論文は20062008年の間に原子力機構で実施したJT-60SA用中性粒子入射(NBI)装置に向けた開発研究の進展を示すものであり、特に、長パルス化において大きな進展が見られた負イオンビームを用いたNBI装置(定格:10MW, 10秒入射)の開発結果について報告する。20042006年キャンペーンの際の同装置の入射時間は20秒であったが、負イオン源の加速電極の熱負荷低減により、JT-60U装置の最大許容パルス幅である30秒へ伸ばすことに成功した。その結果、入射エネルギー(入射パワーと入射時間の積)は67MJから世界最大値である80MJへ増大した。従来、入射時間は負イオン源の加速電極の熱負荷によって制限されており、その熱負荷の原因の一つは大面積電極周辺部で引き出し・加速された負イオンの一部が偏向し、加速電極に直接衝突するためであった。そこで、電極周辺部の加速電界を補正するための電界補正板を新規に考案し、同負イオン源に取り付けた。その結果、電極の熱負荷をJT-60SAで要求されている許容値以下に低減することに成功した。電極熱負荷低減に加えて、長パルス入射に向けて、ビームラインの熱負荷の主要因である負イオン源から漏れ出した電子の量を定量評価し、JT-60SAで要求されている100秒入射の際にも問題ないことを明らかにした。

The paper reports the progress of R&D toward the JT-60SA at Japan Atomic Energy Agency (JAEA) during 2006-2008. Significant progress has been made in the long pulse operation of the negative-ion-based NBI (N-NBI) where a 10 MW D beam is required to be injected for 100s in JT-60SA. The injection pulse length has been successfully extended from 20s in the last campaign to 30s; the maximum heating time allowed in JT-60U. The achieved injection energy, defined as the product of the injection time and power, was successfully increased from 67 MJ in the last campaign to 80 MJ in the 2008 campaign by neutralizing 340 keV, 27 A D ion beam produced with two negative ion sources. The high injection energy was achieved by the reduction of the grid power loading to an allowable level. The direct interception of the D ions by acceleration grids was suppressed by tuning the steering angle of outermost beamlets with modified field shaping (FS) plates in the ion source. The modified FS plate succeeded in the reduction of the grid power loading to an allowable level for JT-60SA. Moreover, the power loading in the beamline, where the power of the electrons ejected from the JT-60U negative ion source is dissipated, was also confirmed to be low enough to extend the injection pulse length to 100s for JT-60SA.