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Achievement and improvement of the JT-60U negative ion source for JT-60 super advanced

JT-60SAに向けたJT-60U用負イオン源の成果と改良

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊; 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

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

JT-60NNBIは実規模サイズの負イオン源を利用した世界で唯一の高エネルギーNBI装置である。今まで、400keVで35Aの負イオンビーム加速に成功し、5.8MW, 0.9sの最大入射パワーを達成している。また、ビームレット同士の反発を補正し、電極熱負荷を低減したことにより、3MW, 30sの長パルス入射にも成功している。それにより、JT-60Uの高ベータプラズマの開発に大きく貢献してきた。JT-60の改修のための停止期間には、JT-60SAに向けての改良として大きな問題であった負イオン源の耐電圧改善を図っている。それは、負イオン源の耐電圧性能を改善することにより、より高パワー・長パルスのビームを安定に入射することが目的である。今回電極間の距離を延ばすとともに局所電界を低減することによって耐電圧の改善に成功し、JT-60での標準運転より厳しい条件であるガスを導入しない無負荷耐電圧で設計値を超える500kVを達成した。また、設計値である490kVを40秒間絶縁破壊することなく保持することに成功した。これらの成果によりJT-60SAに向けた負イオン源の耐電圧改善について見通しを得た。

The negative-ion based NB injectors on JT-60U achieved maximum injection power of 5.8 MW for 0.9 s via a neutralization of 400 keV, 35 A D$$^{-}$$ ion beams produced in two ion sources. Furthermore, D$$^{0}$$ beams of 3.4 MW were injected for 20 s using two negative ion sources. The pulse length was limited by power load on the acceleration grids. Reducing the grid power load to an allowable level, long pulse injections was achieved for 30 s at 3 MW. For JT-60SA, 500 keV, 22 A, 100 s beams are required. However, the achieved highest beam energy has been limited to 415 keV. To improve the voltage holding capability, the gap extension and the optimization of the structures have been designed in order to mitigate the local electric field. As a result, the voltage holding capability of 500 kV has been demonstrated. Furthermore, 490 kV for 40 s has been sustained without breakdown. The demonstration of the 500 keV beam acceleration is planned in September 2009 using the modified ion source.

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