大型負イオン源における大面積多孔多段電極の真空耐電圧

Voltage holding capability of large-size acceleration grid with multiple-apertures and multiple-stage for negative ion source

小島 有志; 花田 磨砂也; 井上 多加志; NB加熱開発グループ; 山納 康*; 小林 信一*

Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Inoue, Takashi; NB Heating Technology Group; Yamano, Yasushi*; Kobayashi, Shinichi*

JT-60NNBIの負イオン源は加速ギャップを調整することにより加速器の低耐電圧を克服し、500keVビームを3Aまで生成することに成功した。しかし、JT-60SAに利用する次期負イオン源では、ビーム光学と耐電圧の両方に最適な加速ギャップ調設計するため、ギャップ長と耐電圧の関係を決定する隠れた物理パラメーターを理解する必要がある。その一つとして、実機負イオン源の大面積多孔電極及び小型電極を用いて、平坦部の3倍近い局所高電界が生成している加速電極孔の数の-0.15乗に従って耐電圧性能が変化することを明らかにした。さらに、電極孔周りのエッジを平滑化することにより、局所高電界分布を緩和し、耐電圧性能が改善できることを明らかにした。これらの結果、真空長ギャップ放電に支配されている真空耐電圧に対する電界分布の影響という新たな知見を得て、JT-60SA用負イオン源加速電極の設計データを取得することに成功した。

Voltage holding capability of a large negative ion source for fusion application is experimentally examined, which is characterized by multiple-stage acceleration with multiple-apertures over 1000 on large-area grids of 2 m for the multiple-beamlet accelerations. From the observation of the vacuum discharge between the grids, it was found that the aperture generated 10 times larger dark current than the flat region and initiated the vacuum discharge associated with the breakdown. As a result, it was found that the sustainable voltages were dominated by not only the surface area but also the number of the apertures. Because these effects were originated in the area effects by weak and strong electric field profiles, these results implied the surface integration of the electric field were the key parameter for the vacuum insulation.