Progress in long pulse production of powerful negative ion beams for JT-60SA and ITER

JT-60SAやITERに向けた大電力長時間負イオンビーム開発の進展

小島 有志; 梅田 尚孝; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 佐々木 駿一; 関 則和; 根本 修司; 清水 達夫; 遠藤 安栄; 大麻 和美; 大楽 正幸; 山中 晴彦; Grisham, L. R.*

Kojima, Atsushi; Umeda, Naotaka; Hanada, Masaya; Yoshida, Masafumi; Kashiwagi, Mieko; Tobari, Hiroyuki; Watanabe, Kazuhiro; Akino, Noboru; Komata, Masao; Mogaki, Kazuhiko; Sasaki, Shunichi; Seki, Norikatsu; Nemoto, Shuji; Shimizu, Tatsuo; Endo, Yasuei; Oasa, Kazumi; Dairaku, Masayuki; Yamanaka, Haruhiko; Grisham, L. R.*

原子力機構では、JT-60SAやITERで利用する中性粒子入射装置の開発に向けて、大型高エネルギー負イオン源を開発中であり、100秒を超える負イオンの長時間生成・加速の実現を目指した研究開発を進めている。長時間の負イオン生成の実現に向けては、セシウム添加による負イオンの表面生成を促進し、その表面状態を維持することが重要であり、負イオン生成面であるプラズマ電極に高温流体を循環させて、電極を200C程度の高温に維持する技術を開発した。その結果、負イオン生成効率が減少する時定数が30sから100秒以上に改善し、長時間負イオンが生成されるようになり、現状では15Aの大電流負イオンを従来よりも3倍以上長いパルス幅である100秒間一定に維持することに成功している。また、長時間の負イオン加速に向けては、負イオンビームが加速途中で電極に衝突して生じる熱負荷を低減すると共に、負イオンと同時に引き出される電子を熱的に除去することが重要である。今回、冷却構造を改良することにより従来の5倍の電子熱負荷を許容できると共に、残留磁場で偏向する負イオンビームの軌道制御機構を組み合わせて、新しい引出部を開発した。その結果、700keV、100A/mの負イオンビームを従来の7倍以上長いパルス幅である60秒間維持することに成功した。

JAEA has developed the high-energy negative ion source for JT-60SA and ITER NBI in order to realize the long-pulse negative ion production/acceleration over 100 seconds. The key techniques to achieve the long pulse production of negative ions are control of the temperature of the Cs-covered plasma grid with the surface production of the negative ions. For this purpose, high temperature fluid is circulated in the PG to keep the temperature at 200C stationaly. This temperature control enanbles the negative ion production to be kept for 100 s with beam current of 15 A, which is the new record by 3 times longer than the previous one. In order to achieve the long pulse acceleration, new extrator having 5 times higher capability of allowable heat flux due to co-extracted electrons. This extractor also has the beam control to compensate the residual magnetic field in the ion source. By using this extractor 700 keV, 100A/m negative ion beams has been kept for 60s which is the limitation of the pulse length of the power supplies.