Development and design of the negative-ion-based NBI for JT-60 Super Advanced

JT-60SAに向けた負イオンNBI装置の開発及び設計

花田 磨砂也; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 井上 多加志; 河合 視己人; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 小又 将夫; 小島 有志; 藻垣 和彦; 根本 修司; 能登 勝也; 大麻 和美; 大島 克己; 佐々木 駿一; 清水 達夫; 田中 豊; 梅田 尚孝; 薄井 勝富; 渡邊 和弘; Grisham, L. R.*

Hanada, Masaya; Akino, Noboru; Endo, Yasuei; Inoue, Takashi; Kawai, Mikito; Kazawa, Minoru; Kikuchi, Katsumi; Komata, Masao; Kojima, Atsushi; Mogaki, Kazuhiko; Nemoto, Shuji; Noto, Katsuya; Oasa, Kazumi; Oshima, Katsumi; Sasaki, Shunichi; Shimizu, Tatsuo; Tanaka, Yutaka; Umeda, Naotaka; Usui, Katsutomi; Watanabe, Kazuhiro; Grisham, L. R.*

原子力機構では、JT-60SAに向けた負イオンNBI装置の開発及び設計を進めている。特に、開発に関しては、500keV, 22Aの重水素負イオンビームの生成に向けて、既存のJT-60負イオン源を改良し、JT-60負イオンNBI装置に取り付けて、試験を行っている。現在、開発の最優先課題である負イオン源の高エネルギー化を精力的に進めている。負イオン源内の電極間のギャップ長を従来よりも伸張することによって、イオン源に印加可能な加速電圧を従来の400kVから要求性能である500kVまで改善した。加えて、イオン引き出し領域の1/5を用いて、世界に先駆けて、500keV, 3Aの高エネルギー水素負イオンビームの生成に成功した。負イオン源の高エネルギー化と並行して、JT-60SAにおける100秒入射に向けて、既設のJT-60負イオンNBI装置の長パルス化を図った。負イオン源内の電極熱負荷を従来より20%低減し、同装置の限界である30秒入射を実現した。その結果、入射時間とパワーの積である入射エネルギーは世界最大値80MJに到達し、プラズマの高性能化に大きく貢献した。

A large negative ion source with an ion extraction area of 110 cm 45 cm has been developed to produce 500 keV, 22 A D ion beams required for JT-60 Super Advanced. To realize the JT-60SA negative ion source, the JT-60 negative ion source has been modified and tested on the negative-ion-based neutral beam injector on JT-60U. A 500 keV H ion beam has been produced at 3 A without a significant degradation of beam optics. This is the first demonstration of a high energy negative ion acceleration of more than one-ampere to 500 keV in the world. The beam current density of 90 A/m is being increased to meet 130 A/m of the design value for JT-60SA by tuning the operation parameters. A long pulse injection of 30 s has been achieved at a injection D power of 3 MW. The injection energy, defined as the product of the injection time and power, reaches 80 MJ by neutralizing a 340 keV, 27 A D ion beam produced with two negative ion sources.