Long-pulse beam acceleration of MeV-class H ion beams for ITER NB accelerator

ITER NB加速器用MeV級水素負イオンビームの長パルス加速

梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 井上 多加志; 小島 有志; 花田 磨砂也

Umeda, Naotaka; Kashiwagi, Mieko; Taniguchi, Masaki; Tobari, Hiroyuki; Watanabe, Kazuhiro; Dairaku, Masayuki; Yamanaka, Haruhiko; Inoue, Takashi; Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya

原子力機構では、ITER中性粒子入射装置用加速器を実現するため、静電5段加速の負イオン加速器の開発を行なっている。これまで目標値のビームエネルギー1MeV、電流密度200A/mの負イオンビーム加速に対して、850keV, 185A/mの加速に成功しているが、高い電極熱負荷によりビームパルス幅は0.4秒に制限されていた。今回、フィルター磁場によるビーム偏向を補正するため、0.5mmの孔軸変位を採用した新たな引出部を開発した。これにより、フィルター磁場によるビーム偏向を6mradから1mradに低減し、負イオンの衝突による電極熱負荷を23%から15%に低減した。この結果、高パワーでの長時間加速が可能となり、ビームエネルギー881keV, 電流密度130A/mの負イオンビームを8.7秒間加速することができ、100MW/mを越えるパワー密度でパルス幅を1桁上げることに成功した。

In order to realize neutral beam systems in ITER whose target is to produce D ion beam of 1 MeV, 200 A/m during 3600s, the electrostatic five-stages negative ion accelerator has been developed at JAEA. To extend pulse length, heat load of the acceleration grids was reduced by controlling the ion beam trajectory. Namely, the beam deflection due to the residual magnetic filter in the accelerator was suppressed with the newly developed extractor with a 0.5 mm off-set aperture displacement. The use of new extractor improved the deflection angle from 6 mrad to 1 mrad, resulting in the reduction of direct interception of negative ions from 23% to 15% of the total acceleration power, respectively. As a result, the pulse length of 130 A/m, 881 keV H ion beam has been successfully extended from a previous value of 0.4s to 8.7s.