J-PARC負水素イオン源用フィラメントの最適化実験

Experiment of optimal filament shape for the J-PARC H ion source

滑川 裕矢; 上野 彰  ; 大越 清紀 ; 小栗 英知  ; 池上 清*

Namekawa, Yuya; Ueno, Akira; Okoshi, Kiyonori; Oguri, Hidetomo; Ikegami, Kiyoshi*

現在J-PARCで稼働中の負水素イオン源は、六ホウ化ランタンフィラメント(LaB-fil.)を使用し、1か月(500時間程度)の運転サイクルで連続かつ安定なビーム供給を実現しているが、最大ビーム強度は36mAでありJ-PARC最終目標1MWの実現に必要な60mAに達していないためビーム強度増加を目指したR&Dを継続している。今回の実験は、LaB-fil.はセシウム不使用、タングステンフィラメント(W-fil.)はセシウム使用にそれぞれ特化し、各々についてフィラメント形状の最適化を行った。LaB-fil.実験では、フラット5連ヘアピン型フィラメントを使用したが、現在のところビーム強度及び寿命とも目標を達成していない。一方、W-fil.実験では、トリプルヘアピン型を2本用いてアーク放電のみの連続運転を行い、フィラメント電流の減少率から判断して寿命500時間を達成する見込みを得た。ビーム強度は、同形状フィラメント1本で既に70mAを達成しており、2本使用でも同等のビーム性能が得られるはずである。したがって、フィラメント駆動方式のイオン源で1MWを達成するには、現時点ではトリプルヘアピン型W-fil.を2本使用するのが最適であると考えられる。

The J-PARC H ion source driven with a lanthanum hexaboride filament (LaB-fil.) is successfully producing a stable beam for each J-PARC operation cycle of about 500 hours. However, its maximum peak H ion current of 36 mA does not satisfy the requirement of 60 mA for the J-PARC design beam power of 1 MW. In this paper, two results of the experiments to increase the current with a sufficient life-time are presented. That using a flat quintuple-hairpin LaB-fil. resulted in the lower current of 33 mA and the lower life-time of less than 230 hours. The deterioration seemed to be caused by the localized emission area due to too large magnetic field on it. On the other hand, that using two triple-hairpin tungsten filaments (W-fil.) connected in parallel with a short distance resulted in a life-time of 500 hours with a 15 kW arc power operation, which should produce an H ion current of more than 60 mA if cesium was seeded.