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Compensations of beamlet deflections for 1 MeV accelerator of ITER NBI

ITER NBIの1MeV加速器に向けたビームレット偏向の補正

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 山中 晴彦; 渡邊 和弘; 井上 多加志; DeEsch, H. P. L.*; Grisham, L. R.*; Boilson, D.*; Hemsworth, R. S.*; 田中 政信*

Kashiwagi, Mieko; Taniguchi, Masaki; Umeda, Naotaka; Dairaku, Masayuki; Tobari, Hiroyuki; Yamanaka, Haruhiko; Watanabe, Kazuhiro; Inoue, Takashi; DeEsch, H. P. L.*; Grisham, L. R.*; Boilson, D.*; Hemsworth, R. S.*; Tanaka, Masanobu*

ITER中性粒子入射装置(NBI)用の5段多孔多段(MAMuG)加速器では、1MeV, 40Aの重水素(D$$^-$$)負イオンビームを1時間に渡り生成する。しかし、電子抑制用の磁場やビーム間に働く反発力でビームが大きく偏向して電極に衝突し、高い熱負荷を生じて運転を妨げることが問題となっていた。そこで3次元のビーム軌道解析を用いて、孔軸をずらしたり金属突起を付けることで、ビーム偏向と逆方向にビームを曲げる電界の歪みを形成してビーム偏向を補正する方法を検討した。磁場によるビーム偏向については、引出し部の直径17mmの孔をわずか0.6mm変位させて電界の歪みを形成することでビーム発散角を維持したまま補正できることを明らかにした。またビーム間の反発による偏向に対しては、引出部裏の多孔領域周辺に取り付けた金属板の厚みを3mmまで増やし、孔位置から徐々に遠ざけて30mmの位置に設置したとき、弱い電界の歪みで緩やかにビーム軌道を曲げて、発散角を維持したままビーム偏向を補正できることを示し、これらの結果をITERの設計に反映させた。

In a five stage multi-aperture multi-grid (MAMuG) accelerator for the ITER neutral beam injector (NBI), 1 MeV, 40 A D$$^-$$ ion beam is required for 1 hour. However, beamlets are deflected due to (1) magnetic field for electron suppression and (2) space charge repulsion between beamlets, and consequently, cause excess grid heat load. A three dimensional beam analysis has been carried out to compensate the beamlet deflections. This paper shows that the beamlet deflections due to (1) and (2) are compensated by an aperture offset of only 0.6 mm applied to the aperture of 17 mm in diameter in the extractor and by a metal bar attached around aperture area beneath the extractor, respectively. When the metal bar is increased to 3 mm in thickness and installed 30 mm away from the aperture area, the beamlet is steered gently by the weaker electric field distortion. The beam optics was confirmed not deteriorated by those compensations. The presentation also discusses application of these compensation techniques to the ITER design.

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