Impedance measurement of an antenna with hydrogen plasma driven by 13.56 MHz-rf for J-PARC H ion source
J-PARC負水素イオン源のための13.56MHz-RFで駆動した水素プラズマ中のアンテナのインピーダンス測定
上野 彰 ; 滑川 裕矢; 大越 清紀 ; 池上 清*; 小栗 英知
Ueno, Akira; Namekawa, Yuya; Okoshi, Kiyonori; Ikegami, Kiyoshi*; Oguri, Hidetomo
J-PARCにおいて六ホウ化ランタンフィラメントを使用したセシウム不使用負水素イオン源が運転されている。本イオン源では、J-PARC第一段階で必要な性能である負水素イオンビーム電流30mAと寿命500時間を達成しているが、セシウムを添加してもビーム強度が増強できないことが判明した。J-PARC第二段階で必要な性能である負水素イオンビーム電流50mAと寿命2000時間を達成するため、SNSで開発されたアンテナを使用し、13.56MHz-RFで駆動させる負水素イオン源の開発を開始した。開発の第一歩として、最も重要なパラメータの一つである水素プラズマ中のアンテナのインピーダンスを測定した。1.25kWと7.45kWのRF電力に対し、インピーダンス値11.82+80.22jと21.16+58.24jを得た。予想に反し、大きな実数成分と正のRF電力依存性であった。測定されたインピーダンスをもとに、回路シミュレーションコードLTSpice IVを使用し、接地電位の13.56MHz-RF源で、-50kV電位の真空容器内にRFプラズマを生成する回路設計を行った。
A Cs free H ion source driven with a LaB filament is being operated at the J-PARC. Although it satisfies the J-PARC first stage requirements of an H ion beam current of 30 mA and a life-time of 500 hours, it was proven that the current was not increased by seeding Cs. In order to satisfy the second stage requirements of an H ion beam current of 50 mA and a life-time of 2000 hours, the development of a 13.56 MHz-rf-driven H ion source was started by using an antenna developed at the SNS. As the first step, the impedance of an antenna with hydrogen plasma was measured. For an rf-power of 1.25 kW or 7.45 kW, it was measured as 11.82+80.22j or 21.16+58.24j , respectively, which has a high real-part and positive rf-power dependence unexpectedly. By using the measured impedance, the circuit to produce rf-plasma in the plasma chamber on the -50kV potential with a 13.56 MHz-rf on the ground potential was designed by LTSpice IV.