ITER NBI用1MeV加速器の電界解析と耐電圧性能向上

Electrostatic analysis and improvement of voltage holding capability of the 1 MeV accelerator for ITER NBI

梅田 尚孝; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 大楽 正幸; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 井上 多加志; 坂本 慶司

Umeda, Naotaka; Taniguchi, Masaki; Kashiwagi, Mieko; Tobari, Hiroyuki; Dairaku, Masayuki; Watanabe, Kazuhiro; Yamanaka, Haruhiko; Inoue, Takashi; Sakamoto, Keishi

原子力機構のMeV級加速器では、ITER中性粒子入射装置に向けた1MeV加速器の開発試験を行っている。目標である1MeV, 200A/mの負イオンビームを安定に加速するためには、加速器の1MV安定保持が不可欠であるが、加速器内部の放電により耐電圧は0.8MV程度に留まっていた。そこで、試験後に加速器の内部観察を行ったところ、電極支持枠の陰極・陽極の両側に放電痕が見られ、これらの放電痕に対向する支持枠の端部等から放電が発生していると推測された。また、電界解析の結果からも、放電の起点と思われる陰極側端部で6.7kV/mm、陽極側端部で6.3kV/mmと、内部観察と同様の部分の電界が高いことが判明した。そこで、電極やシールド間ギャップを延ばし、支持枠端部の曲率を大きくすることで、陰極側端部を6.0kV/mm、陽極側端部を4.1kV/mmまで低減する改造を行った。その結果、真空中で定格1MVを安定に保持することに成功し、0.98MeV, 185A/mの負イオンビーム加速を達成した。

R&D of the MeV accelerator for the ITER neutral beam injector has been conducted in JAEA. Stable holding of 1 MV voltage is indispensable to accelerate negative ion beam at 1 MeV, 200 A/m. But the voltage was limited around 0.8 MV due to breakdown in the accelerator. After the test, many discharge marks were observed on the grid supports at both anode and cathode sides. The discharges seemed to be triggered from the grid support edge of the opposite part of the discharge marks. In an electrostatic analysis, the electric field at the edge of cathode and anode sides was high as 6.7 kV/mm and 6.3 kV/mm, respectively. To lower the electric fields, the accelerator was modified as increasing gap length between grid supports and shield rings and increasing curvature radius of gird supports. The electric field at the cathode and anode sides was reduced to 6.0 kV/mm and 4.1 kV/mm, respectively. As the results, MeV accelerator was succeeded in sustaining 1 MV stably in vacuum.