Achievement of 500 keV negative ion beam acceleration on JT-60U negative-ion-based neutral beam injector

JT-60N-NBIにおける500keVビーム加速の達成

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; 菊池 勝美; 関 則和; 根本 修司; 大島 克己; 清水 達夫; 久保 直也; 大麻 和美; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 小林 信一*; 山納 康*; Grisham, L. R.*

Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Tanaka, Yutaka*; Kawai, Mikito*; Akino, Noboru; Kazawa, Minoru; Komata, Masao; Mogaki, Kazuhiko; Usui, Katsutomi; Sasaki, Shunichi; Kikuchi, Katsumi; Seki, Norikatsu; Nemoto, Shuji; Oshima, Katsumi; Shimizu, Tatsuo; Kubo, Naoya; Oasa, Kazumi; Inoue, Takashi; Watanabe, Kazuhiro; Taniguchi, Masaki; Kashiwagi, Mieko; Tobari, Hiroyuki; Umeda, Naotaka; Kobayashi, Shinichi*; Yamano, Yasushi*; Grisham, L. R.*

JT-60NNBIの負イオン源は今まで耐電圧性能が低く、入射パワーが制限されていることが大きな問題であった。そこで、負イオン源内の真空絶縁距離を調整し、単段の要求性能を超える各段200kVを保持することに成功した。この結果を踏まえて負イオン源を改良し、従来よりも短いコンディショニング時間で500kVの印加に成功し、設計値である490kVを加速電源の限界である40秒間絶縁破壊することなく保持することにも成功した。そして、1/5のビーム引き出し領域からビーム加速試験を実施し、従来410keVが最高であったビームエネルギーを最高507keVまで上昇させることに成功した。また、486keVのビームでの負イオン電流値は18m離れたカロリーメーターで2.8A(84A/m)が得られた。通常、過度のギャップ長延長はビーム光学の劣化を引き起こすが、今回のギャップ長ではビーム光学の大きな劣化がないことを計算及び実験で確認した。これらの結果はJT-60SAやITERのNBIにおける耐電圧設計に大きく貢献するものである。

Hydrogen negative ion beams of 490 keV, 3 A and 510 keV, 1 A have been successfully produced in the JT-60 negative ion source with three acceleration stages. These successful productions of the high-energy beams at high current have been achieved by overcoming the most critical issue, i.e., a poor voltage holding of the large negative ion sources with the grids of 2 m for JT-60SA and ITER. To improve voltage holding capability, the breakdown voltages for the large grids was examined for the first time. It was found that a vacuum insulation distance for the large grids was 6-7 times longer than that for the small-area grid (0.02 m). From this result, the gap lengths between the grids were tuned in the JT-60 negative ion source. The modification of the ion source also realized a significant stabilization of voltage holding and a short conditioning time. These results suggest a practical use of the large negative ion sources in JT-60SA and ITER.