真空長ギャップ領域の耐電圧における局所電界の影響

Impact of locally strong electric field on voltage holding capability for long gap electrodes in vacuum

小島 有志; 田中 豊*; 中野 修輔*; 清水 達夫; 秋野 昇; 花田 磨砂也; 山納 康*; 小林 信一*

Kojima, Atsushi; Tanaka, Yutaka*; Nakano, Shusuke*; Shimizu, Tatsuo; Akino, Noboru; Hanada, Masaya; Yamano, Yasushi*; Kobayashi, Shinichi*

JT-60NNBIに利用する負イオン源はギャップ長を拡大して局所電界を低減することにより、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。しかしながら、JT-60SA用負イオン源を設計するうえでは、従来の研究において物理機構が十分に解明されていない真空長ギャップ領域の耐電圧の研究を進め、耐電圧設計基準を明確にする必要がある。従来耐電圧試験を行った小型ロゴスキー電極と負イオン源の大型加速電極は面積が100倍程度異なるものの、ともに最短ギャップ長の0.5乗に比例して耐電圧が増加する。しかし、ギャップ長に対する比例係数は2.5倍程度異なる。これらの電極はおもに面積と電界分布の点で異なるが、面積に関しては過去の研究による経験則だけでは説明ができない。そこで、電界分布が真空耐電圧に与える影響を調べるために、小型電極に加速電極孔を模擬した穴を設け、局所高電界を発生させた実験を行った。その結果、穴を一つ設けても耐電圧は劣化しないが、穴数を増やすとともに耐電圧が低下することがわかった。これは、真空耐電圧が電界分布の最大値ではなく、局所電界が発生している面積に依存していることを示しており、真空耐電圧に関する新たな知見を得た。

JT-60 negative ion source suffered from a low voltage holding capability for long time. Recently, the voltage holding was much improved by tuning the gap lengths and minimum lengths between the acceleration grids of the ion source. This improvement is attributed to voltage holding tests of the accelerator. However, in order to design the next ion sources such as ITER and JT-60SA, further understandings and databases of vacuum insulation are required. As for the effect of the electric field, a small electrodes with small aperture which has the locally strong electric field were tested in this time. We found that the maimum electric field did not affect on the breakdown voltage, and large area of the electric filed profile decreased the breakdown voltage.