Analyses of high power negative ion accelerators for ITER neutral beam injector

ITER中性粒子入射装置に向けた高パワー負イオン加速器の解析

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 大楽 正幸; Grisham, L.*; 花田 磨砂也; 水野 貴敏; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 坂本 慶司; 井上 多加志

Kashiwagi, Mieko; Taniguchi, Masaki; Dairaku, Masayuki; Grisham, L.*; Hanada, Masaya; Mizuno, Takatoshi; Tobari, Hiroyuki; Umeda, Naotaka; Watanabe, Kazuhiro; Sakamoto, Keishi; Inoue, Takashi

ITER NBIに向けた原子力機構のMeV多孔5段負イオン加速器の最近の試験において、全体で1MV、各段200kVを安定に保持するために、加速ギャップ長(1st/2nd/3rd/4th/5thギャップ)を従来の104/94/87/78/72mmから全ギャップ100mmまで拡張する必要があることがわかった。しかし、ギャップ長の拡張は、ビーム光学の劣化,負イオン中性化損失の増加,ビームレット反発による偏向角の増大を引き起こす可能性がある。そこで2次元ビーム解析でギャップ長とビーム光学,3次元ガス解析で負イオンの中性化損失,3次元ビーム解析によりビームレットの偏向角を検討した。その結果、ギャップ長を120mm程度まで拡張することが可能であることがわかり、この結果を約120mmの長ギャップを持つ加速器設計に反映した。

In JAEA, a multi aperture and multi grid accelerator has been tested for ITER NBI. In recent experiments, it was shown that the acceleration gaps (1st/2nd/3rd/4th/5th gap) have to be expanded from 104/94/87/78/72 in the original to all 100 mm to sustain 200 kV in each stage stably, and 1 MV in total. On the contrary, increases of beam divergence, stripping loss of negative ions and beamlet deflections due to space charge repulsion among beamlets could appear as issues due to the longer gaps. Beam divergence and stripping loss of ions have been examined in a 2D beam optics study utilizing BEAMORBT code and 3D gas flow code, respectively. Beamlet deflections have been examined in a 3D multi beamlet analysis utilizing OPERA-3d code. As results of these simulations, it was clarified that the gap length could be expanded up to 120 mm. This results were applied to design of the accelerator with the long gap of 120 mm.