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Study of beamlet deflection and its compensations in a MeV accelerator

MeV級加速器におけるビームレット偏向とその補正研究

柏木 美恵子; 井上 多加志; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; Grisham, L. R.*; 大楽 正幸; 武本 純平; 戸張 博之; 土田 一輝; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 坂本 慶司

Kashiwagi, Mieko; Inoue, Takashi; Taniguchi, Masaki; Umeda, Naotaka; Grisham, L. R.*; Dairaku, Masayuki; Takemoto, Jumpei; Tobari, Hiroyuki; Tsuchida, Kazuki; Watanabe, Kazuhiro; Yamanaka, Haruhiko; Sakamoto, Keishi

原子力機構では、5段の多孔多段電極(MAMuG)加速器を用いて、ITERの設計値である1MeV, 200A/m$$^{2}$$の水素負イオンビーム加速を目指している。最近の耐電圧試験で加速器内の局所的な電界集中を低減するために金属間ギャップを延長した結果、真空耐電圧が大幅に改善し、1MVで4000秒の電圧保持に成功した。これに伴い、ビームエネルギーも800keVから900keVレベルに増加したが、ギャップ長を長くしたために磁場と空間電荷反発で生じるビーム偏向が加速器内で顕著になり、ビームが電極に衝突し、絶縁破壊を誘発していることが明らかとなった。そこで、3次元マルチビームレット解析で、ビーム偏向量を明らかにし、その補正方法を検討した。この結果、磁場による偏向補正のために電子抑制電極の各孔に0.8mmの孔軸変位を、さらに空間電荷反発の補正のために孔部周辺に厚み1mmの電界補正板を設けることで、1MeVのビームを補正できる見込みを得た。この偏向補正法を加速器に組み込み、偏向試験を進めており、これらの結果を報告する。

In a five stage multi-aperture and multi-grid (MAMuG) accelerator in JAEA, beam acceleration tests are in progress toward 1 MeV, 200 A/m$$^{2}$$ H$$^{-}$$ ion beams for ITER. The 1 MV voltage holding has been successfully demonstrated for 4000 s with the accelerator of expanded gap length that lowered local electric field concentrations. The led to increase of the beam energy up to 900 keV-level. However, it was found that beamlets were deflected more in long gaps and direct interceptions of the deflected beamlet caused breakdowns. The beamlet deflection and its compensation methods were studied utilizing a three-dimensional multi beamlet analysis. The analysis showed that the 1 MeV beam can be compensated by a combination of the aperture offset of 0.8 mm applied in the electron suppression (ESG) and the metal bar called a field shaping plate with a thickness of 1 mm attached beneath the ESG. The paper reports analytical predictions and experimental results of the MAMuG accelerator.

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