Acceleration of 500 keV negative ion beams by tuning vacuum insulation distance on JT-60 negative ion source

JT-60負イオン源の真空絶縁距離の調整による500keVビーム加速

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 小林 信一*; 山納 康*; Grisham, L. R.*; JT-60NBI開発グループ

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

JT-60N-NBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が400keVと設計値の500keVよりも低く、入射パワーが制限されているのが問題であった。そこで、実機負イオン源や小型電極を用いた真空耐電圧試験を行い、耐電圧低下の原因を調べた。その結果、従来の面積依存性だけでなく、電極孔や支持枠角部に代表される局所高電界の領域が広がることにより、耐電圧が低下することが明らかとなった。そこで、既存の加速器体系を大幅に改造することなく、この局所高電界を低下させて耐電圧を改善するために、電極間隔を広げて耐電圧試験を行った。しかし、最短距離が伸長されないために耐電圧の改善が飽和する傾向が観測された。そこで、最短距離の伸長を制限していたビーム放射シールドの再設計を行った。その際、ビームからの放射光がFRPに照射されるのを妨げる機能を保ちつつ、FRP表面電界と陽極電界を低減させて最適化する必要があった。そして、既存の体系の中でビーム放射シールドを最適化するとともに、電極間隔を調整した結果、負イオン源の耐電圧は500kV以上に改善した。この改良した負イオン源を利用して、500keVの負イオンビームを3Aまで加速することに成功した。

Voltage holding tests by using JT-60 negative ion source and small electrodes was carried out because JT-60 negative ion source had a critical problem about low voltage holding capability for long time. As a result, the voltage holding capability is decreased with the increase of area where local electric field is generated, as well as the surface area according to existing scaling low about surface area. Therefore, in order to improve the voltage holding without changing the existing accelerator, the voltage holding test was carried out by extending gap lengths of the negative ion source. In order to improve the voltage holding, beam radiation shield needs to be optimized additionally. As a result, the voltage holding has been improved to 500 kV and stabilized. By using this modified ion source, negative ion beams of 500 keV up to 3A has been successfully produced.