Voltage holding study of 1 MeV accelerator for ITER neutral beam injector

ITER NBIに向けた1MeV加速器の耐電圧研究

谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 武本 純平; 戸張 博之; 土田 一輝; 山中 晴彦; 渡邊 和弘; 小島 有志; 花田 磨砂也; 坂本 慶司; 井上 多加志

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

原子力機構では、ITER NBIで要求される1MeV, 200A/mの負イオン加速実証のため、MeV級加速器の開発を行っている。このような高パワー加速実現のためには、加速器の耐電圧向上が一つの鍵となる。本研究では、MeV級加速器の耐電圧特性試験で得られた知見に基づき、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、耐電圧改善のための改造を行った。その結果、真空中での1MV保持に成功した。さらに、磁場や空間電荷反発により偏向するビーム軌道を電子抑制電極の孔ずれにより補正した結果、ビームの電極への衝突が抑制され、ビーム電流が増加するとともにビーム加速時の耐電圧が向上した。これらの加速器改良により、負イオンビームのエネルギー,電流はITER要求値にほぼ相当する980keV, 185A/mまで増加した。

JAEA has developed the MeV accelerator to demonstrate 1 MeV, 200 A/m H ion beam acceleration required for ITER NBI. A key to realize such a high power accelerator is improvement of voltage holding capability. Based on detailed investigation of the voltage holding characteristics, MeV accelerator was modified to reduce electric field concentration by extending gaps between the grid supports and increasing curvature radiuses at the support corners. After the modifications, accelerator succeeded in sustaining -1 MV in vacuum without beam acceleration. Moreover, beam deflection due to the magnetic field for electron suppression and space charge repulsion was compensated by aperture displacement technique. As the result, beam deflection was compensated and voltage holding during the beam acceleration was improved. Beam parameter of the MeV accelerator was increased to 980 keV, 185 A/m, which is close to the requirement of ITER accelerator.