1 MV holding and beam optics in a multi-aperture multi-grid accelerator for ITER NBI

ITER NBIに向けた多孔多段加速器における1MV電圧維持とビーム光学研究

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 小島 有志; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; Hemsworth, R. S.*; 水野 貴敏*; 武本 純平; 田中 政信*; 田中 豊*; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 山本 昌則*; 山中 晴彦; 坂本 慶司; 井上 多加志

Kashiwagi, Mieko; Taniguchi, Masaki; Kojima, Atsushi; Dairaku, Masayuki; Hanada, Masaya; Hemsworth, R. S.*; Mizuno, Takatoshi*; Takemoto, Jumpei; Tanaka, Masanobu*; Tanaka, Yutaka*; Tobari, Hiroyuki; Umeda, Naotaka; Watanabe, Kazuhiro; Yamamoto, Masanori*; Yamanaka, Haruhiko; Sakamoto, Keishi; Inoue, Takashi

原子力機構の多孔多段加速器では、ITERの中性粒子入射装置に必要な1MeV, 200A/mの負イオンビーム加速を目指している。耐電圧試験では、加速器の耐電圧は理想的な電極の耐電圧の半分程度であることがわかった。複雑な構造を有する電極や電極支持部の局所的な電界集中が問題であると考え、電極間ギャップを延長し、電極支持部の端部の曲率を大きくして電界集中を抑えた。その結果、真空耐電圧が改善し、1MVで4000秒の電圧保持を達成した。ビーム加速でも、従来の796keV, 0.32A (140A/m)から879keV, 0.36A (157A/m)に大きく進展した。一方、ビーム加速試験では、磁場とビーム間の空間電荷反発によりビームが曲げられて電極に衝突し、ビームエネルギー・電流減少の原因となっていた。3次元ビーム解析において、このビームの偏向量を明らかにして孔ずれと電界補正板を用いたビーム偏向補正方法を設計し、加速器試験でこの補正法が有効に機能することを確認した。

At JAEA, a multi-aperture multi-grid accelerator has been developed for the ITER neutral beam system. A target is H ion beam acceleration of 0.5 A (200 A/m) at 1 MeV. In real accelerators, it was found that the voltage holding was about a half of that obtained in an ideal small electrode. After applying necessary gap length and radii of edges of grid supports to lower local electric field concentrations, the accelerator succeeded in sustaining 1 MV for 4000 s. As a result, beam parameters were increased to 879 keV, 0.36 A (157 A/m) at perveance matched condition from 796 kV, 0.32 A (140 A/m) reported in FEC2008. In the beam acceleration, the beamlet deflections due to magnetic field and space charge repulsion caused direct interceptions, that resulted in limitations in the beam energy and current. Compensation of these beamlet deflections has been tested applying aperture offset and field shaping plate, which were examined in a three-dimensional beam analysis.