Improvement of voltage holding and high current beam acceleration by MeV accelerator for ITER NB

ITER NB用MeV級加速器の耐電圧改善と大電流加速試験

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; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 土田 一輝; 小島 有志; 花田 磨砂也; 坂本 慶司

Taniguchi, Masaki; Kashiwagi, Mieko; Inoue, Takashi; Umeda, Naotaka; Watanabe, Kazuhiro; Tobari, Hiroyuki; Dairaku, Masayuki; Yamanaka, Haruhiko; Tsuchida, Kazuki; Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Sakamoto, Keishi

原子力機構では、ITER中性粒子入射加熱装置(NBI)用として多孔多段型負イオン加速器(MeV級加速器)の開発を行っている。現在までに、MeV級加速器では796keV, 140A/mの負イオン加速に成功したが、ITER要求値である1MeV, 200A/mの負イオン加速達成には加速器の耐電圧性能改善が不可欠である。JT-60用加速器やMeV級加速器においてさまざまな加速器体系で実施した耐電圧試験の結果、実機の保持電圧は電極支持枠部の段差や角部における電界集中により、加速器の設計に用いた理想的電極での試験結果より50%低下することが明らかとなった。これらの知見に基づき、電極間ギャップの延長や支持枠角部の曲率を増加させるなど、電界集中を抑制するための改造を行った。その結果、真空下での保持可能電圧は835kVから1MVに向上し、加速された負イオンの電圧,電流は879keV, 157A/mに増加した。

At JAEA, MeV accelerator has been developed as a proof-of-principle accelerator for ITER NBI. To achieve the acceleration of 1 MeV, 200 A/m beam required for ITER, improvement of the voltage holding capability is essential. Review of voltage holding results ever obtained with various geometries of the accelerators showed that voltage holding capability was about a half of that for ideal small electrode. This is due to local electric field concentration in the accelerators, such as edge and corner between grids and its support structures. Based on these results, accelerator was modified to reduce the electric field concentration by reshaping the support structures and expanding the gap length. After the modifications, voltage holding capability in vacuum was increased from 835 kV to 1 MV. Voltage holding progressed the energy and current to 879 keV, 0.36 A (157 A/m).