Long pulse acceleration of MeV class high power density negative H ion beam for ITER

ITER用MeV級高パワー密度水素負イオンビームの長パルス加速

梅田 尚孝; 小島 有志; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 平塚 淳一; 渡邊 和弘; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 花田 磨砂也

Umeda, Naotaka; Kojima, Atsushi; Kashiwagi, Mieko; Tobari, Hiroyuki; Hiratsuka, Junichi; Watanabe, Kazuhiro; Dairaku, Masayuki; Yamanaka, Haruhiko; Hanada, Masaya

ITER中性粒子入射装置では、1MeV, 40A(電流密度200A/m)の大電流の重水素負イオンビームを3600秒間にわたって加速することが要求されている。この負イオンビーム加速を実証するため、原子力機構のMeV級試験装置で長パルスのビーム加速試験を行っている。今回、冷却性能を上げるため磁石と冷却管位置を変更した長パルス用の引出電極を開発した。さらに、負イオンの衝突と2次電子の発生を抑制するため電子抑制電極の孔径を14mmから16mmに大きくし、電極へのビーム衝突を減らすため孔軸変位量も修正した。これにより負イオンの透過率が上がり、電極全体の熱負荷は14%から11%に低下した。そして、加速電圧700kV、ビーム電流密度100A/mの負イオンビームを装置の限界である60秒間安定に加速することができた。

For ITER neutral beam system, negative deuterium ion beam of 1 MeV, 40 A (current density of 200 A/m) is required for 3600 s. To demonstrate ITER relevant negative ion beam acceleration, beam acceleration test has been carried out at MeV test facility in JAEA. The present target is H ion beam acceleration up to 1 MeV with 200 A/m for 60 s, which beam energy and pulse length are the present facility limit. To extend pulse duration time up to facility limit at high power density beam, new extraction grid has been developed with high cooling capability, which electron suppression magnet is placed under cooling channel. In addition, the aperture size of the electron suppression grid is enlarged from 14 mm to 16 mm and the aperture displacement is modified to reduce collision of negative ion beam on the grid. By these modifications, total grid power loading has reduced from 14% to 11%. As a result, beam acceleration up to 60 s which is the facility limit, has achieved at 700 kV, 100 A/m of negative ion beam without breakdown.