J-PARC高周波負水素イオン源の開発

Development of RF-driven negative hydrogen ion source for J-PARC

上野 彰  

Ueno, Akira

J-PARC加速器では、目標ビーム電力1MW達成のため、水平垂直両方向のエミッタンス1.5mmmrad内にピークビーム電流60mAの負水素イオン源の開発が行われている。米国オークリッジ国立研究所SNS(Spallation Neutron Source)施設の負水素イオン源(定常運転時/試験時RFQ出射ピークビーム電流38/56mA)用に開発されたRFアンテナを使用した高周波負水素イオン源の開発状況を報告する。ビーム引き出し系は、基本的にJ-PARCイオン源のものを使用した。プラズマ容器内直径100mmから120mmへの拡大によるプラズマ電極温度制御用空冷板付プラズマ電極冷却板の追加、セシウム(Cs)インジェクターの追加、天板変更によるRFアンテナの使用、及びロッドフィルターフランジの追加によりプラズマ電極付近の低温プラズマの生成を可能にしている。パルス高周波デューティ2.5%(1ms25Hz)、プラズマ電極温度120C、1日4分程度Csバルブ開の条件で、水平垂直両方向のエミッタンス1.5mmmrad内にピークビーム電流60mA以上の負水素イオンビームを100時間連続生成することに成功した。

In order to achieve the design beam power of 1 MW, a negative hydrogen ion source with a peak beam current of 60 mA within horizontal and vertical 1.5 mmmrad emittances is under development. The beam extraction system is the same with the J-PARC ion source, which is using a lanthanum hexaboride (LaB) filament. The inner diameter of the plasma chamber is enlarged form 100 mm to 120 mm in order to install a water cooled plate attached to the plasma electrode (PE) and a cesium (Cs) injector. The end flange is modified to install the RF-antenna. A rod-filter flange is installed to produce a low-temperature plasma around the PE. For the conditions of the pulsed RF duty of 2.5% (1 ms 25 Hz), the air cooled PE (PE temperature of 120 C) and opening the Cs valve for 4 min/day, a negative hydrogen ion beam with a peak beam current of more than 60 mA within 1.5 mmmrad emittances is successfully produced for more than 100 hours.