Improvement of voltage holding capability in the 500 keV negative ion source for JT-60SA

JT-60SAのための500keV負イオン源の耐電圧改善

田中 豊; 花田 磨砂也; 小島 有志; 秋野 昇; 清水 達夫; 大島 克己; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; Grisham, L. R.*; JT-60NBI開発グループ

Tanaka, Yutaka; Hanada, Masaya; Kojima, Atsushi; Akino, Noboru; Shimizu, Tatsuo; Oshima, Katsumi; Inoue, Takashi; Watanabe, Kazuhiro; Taniguchi, Masaki; Kashiwagi, Mieko; Umeda, Naotaka; Tobari, Hiroyuki; Grisham, L. R.*; JT-60NBI Group

JT60負イオン源は、JT-60SAへ向けて、1台あたり22A, 500keVのDビームを生成することが要求されている。これまで、負イオン源は、真空絶縁破壊のために、設計性能を満足していなかった。真空絶縁破壊の原因を調べるために、実機JT-60負イオン源の耐電圧試験やイオン源内部の電界計算を行ったところ、電極支持枠の端部において、加速電極間の平等電界(3kV/mm)よりも高い電界(5.25.5kV/mm)領域において絶縁破壊が生じている可能性が高いことが判明した。そこで、局所電界強度の緩和のための改造を行い、その後耐電圧試験を実施した。3秒パルスで高電圧を印加し、負イオン源のコンディショニングを進め、15時間後、定格500kVを達成するとともに、同電圧を、絶縁破壊することなく、電源の制限パルス幅である40秒間安定に維持した。

The JT-60U negative ion source is required to produce 44 A of 500 keV D ion beams for the JT-60SA. So far, acceleration voltage of 450 kV was achieved without beam acceleration and 416 kV with beam acceleration. These are lower than the rated voltage for JT-60SA due to vacuum breakdowns. To examine the cause of vacuum breakdown, the complicated structure of the accelerator was modeled for the calculation of electric field inside the accelerator. At the corners of the grid support flanges, the electric fields are locally concentrated to be 5.2-5.5 kV/mm. This is higher than other parts of the accelerator where the averaged field is around 3 kV/mm. To reduce the concentrated electric field, the support structures were modified to extend the gap lengths between grids. By repeating the high-voltage application of 3 s pulses, the applied voltage was increased. After 15 hours of conditioning, the accelerator sustained its rated value of 500 kV without beam acceleration.