Long pulse H ion beam acceleration in MeV accelerator

MeV級加速器での長パルス負イオン加速

谷口 正樹; 水野 貴敏; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 小島 有志; 田中 豊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 坂本 慶司; 井上 多加志

Taniguchi, Masaki; Mizuno, Takatoshi; Umeda, Naotaka; Kashiwagi, Mieko; Watanabe, Kazuhiro; Tobari, Hiroyuki; Kojima, Atsushi; Tanaka, Yutaka; Dairaku, Masayuki; Hanada, Masaya; Sakamoto, Keishi; Inoue, Takashi

原子力機構では、ITER NBI用負イオン加速器として、5段の静電加速器であるMeV級加速器の開発を行っている。MeV級加速器では、2007年までに796keV, 320mAの負イオン加速に成功したが、積極的な冷却機構を持たない慣性冷却電極のため、パルス幅が0.2sに制限されていた。本研究では、MeV級加速器に水冷加速電極を組み込んで長パルス・大電流負イオン加速試験を行った。その結果、最適パービアンス条件下で750keV, 221mA, 5sの負イオン加速に成功した。また、負イオン加速の最大積算エネルギーは、1.01MJ(651keV, 155mA, 10s)であった。上記以上の大パワー加速では、第3加速電極、及び接地電極への熱負荷が過大となり、絶縁破壊が頻発した。試験後の加速器を分解・観察した結果、ビーム偏向によりこれらの電極が溶融し、絶縁破壊が生じたことが明らかとなった。

A Multi-Aperture Multi-Grid (MAMuG) accelerator called "MeV accelerator" has been developed for neutral beam injection (NBI) system of ITER. The MeV accelerator succeeded in accelerating 796 keV, 320 mA H ion beam until 2007. However, pulse length was limited to 0.2 s due to un-cooled grids. In the present work, long pulse H ion beam acceleration was performed by the MeV accelerator equipped with water-cooled new grids. The H ion current was increased step by step at certain energy with seeding Cs up to the optimum perveance. At present, pulse length was extended to 5 s for 750 keV, 221 mA (perveance match) and maximum power of 1.01 MJ was achieved (650 keV, 163 mA, 10s). At higher energy and current, pulse length was limited by breakdowns between the grids. This was due to high heat load on A3G and GRG grid by deflection of H ion beam.