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Long-pulse production of high current negative ion beam by using actively temperature controlled plasma grid for JT-60SA negative ion source

JT-60SA用負イオン源に向けた温度制御型プラズマ電極による大電流負イオンビームの長時間生成

小島 有志; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 梅田 尚孝; 平塚 淳一; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; Grisham, L. R.*; NB加熱開発グループ

Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Yoshida, Masafumi; Umeda, Naotaka; Hiratsuka, Junichi; Kashiwagi, Mieko; Tobari, Hiroyuki; Watanabe, Kazuhiro; Grisham, L. R.*; NB Heating Technology Group

JT-60SA用負イオン源に向けては、22Aの大電流負イオンを100秒間生成することが大きな課題である。負イオンを長時間効率よく生成するためには、これまでの研究の結果、セシウム原子層が形成されることで負イオン生成が促進されるプラズマ電極の温度を、200$$^{circ}$$C程度の高温に維持する必要があることが分かっている。そこで、1気圧で高沸点を有するフッ素系冷媒をプラズマ電極内に循環させて温度を制御する手法を開発し、目標の電流密度(120-130A/m$$^{2}$$)を100秒間維持する原理実証に成功した。その結果を基に、全引出領域において電極温度を制御する実機プラズマ電極を製作し、試験を開始した。初期結果として、原理実証用電極と同様の制御時定数が得られ、プラズマ電極の全引出領域において、温度を一定に制御することに成功した。また、セシウムを導入して負イオン電流量を増大させ、現在までに70%の出力に相当する15Aの大電流負イオンビームを100秒間一定に生成することに成功している。

In this paper, the recent activities on the new test stand are reported toward demonstration of the long pulse production for 22A, 100s negative ion beams. 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 improved to cover the full extraction area by using 5 segments of the PG. These grids were found to have a capability to control the temperature with a time constant of 10s as well as the prototype grid. As a result, 15A negative ion beams for 100s have been achieved.

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