Long-pulse production of the negative ion beams for JT-60SA

JT-60SAにおける負イオンビームの長パルス生成

小島 有志; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; Grisham, L. R.*; JT-60NBI開発グループ

Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Yoshida, Masafumi; Inoue, Takashi; Watanabe, Kazuhiro; Taniguchi, Masaki; Kashiwagi, Mieko; Umeda, Naotaka; Tobari, Hiroyuki; Grisham, L. R.*; JT-60NBI Group

JT-60SAに向けて、500keV, 22A負イオンビームを100秒間生成するために、JT-60負イオン源は電極熱負荷を低減するとともに、負イオンを長時間生成する研究開発を行っている。電極の熱負荷に関しては、1.2m0.6mの面積を有するプラズマの不均一に起因した負イオン電流分布の非一様性による周辺ビームの発散角の増大が問題となっている。そこで、従来小型負イオン源で開発されたテント型磁気フィルターを有する軸対象磁場を、JT-60の大型負イオン源に適用する検討を行った。今回、フィラメントから生成される一次電子の軌道計算から磁場配位の最適化を行い、磁石の入れ替えのみで長手方向の一様性が従来の偏差30%から10%にまで改善できる可能性があることがわかった。また、負イオンを長時間生成するため、負イオン生成量がプラズマ電極の温度に依存することを利用した、高温冷媒による温度制御型プラズマ電極の検討を行った。開発した初期型プラズマ電極では、高温冷媒の物性値から見積もると10秒程度の時定数を持ち、プラズマ電極の最適温度である270Cに維持できることがわかった。

In this paper, the recent activities are reported toward demonstration of the long pulse production. As for the improvement of uniform beam current profile, a symmetric magnetic field configuration for the source plasma production, a so-called tent-shaped filter, was found to be effective to improve the uniformity of the beam current profile. A similar configuration is applied to the JT-60 negative ion source whose plasma size is 1220 mm 564 mm. An estimation from trajectory calculations of primary electrons with the symmetric magnetic field configuration showed that the primary electrons were distributed uniformly in a longitudinal direction. As for the temperature control of the plasma grid, a prototype of the grid with cooling/heating by circulating a high-temperature fluorinated fluid has been developed. This grid was found to have a capability to control the temperature with a time constant of 10 s by considering the physical properties of the fluid.