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

JT-60SAおよびITERに向けた高パワー負イオンビームの長時間生成の進展

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による100秒を超える負イオン生成・加速の実証を目指した研究を進めている。まず、JT-60SA用負イオン源の負イオン生成部のプラズマ閉じ込め用磁石配置を変更することにより、生成されたプラズマの密度分布を一様化することに成功した。これにより、引出領域の83%から一様な負イオンビームを生成し、これまでの最高値17Aを大きく超える32Aの負イオン電流を1秒間引き出すことに成功した。この磁場配位とこれまでに開発した長時間負イオン生成用温度制御型プラズマ電極を適用し、さらに負イオン電流のフィードバック制御手法を用いることにより、15Aの大電流負イオンビームを100秒間維持することに成功した。これは、JT-60SAの定格の68%の電流に相当し、パルス幅は定格を満たしている。また、ITER用高エネルギー加速器の開発に向けては、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だけでなく、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った。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$$^{2}$$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。

Significant progresses in the extension of pulse durations of powerful negative ion beams have been made to realize the neutral beam injectors for JT-60SA and ITER. In order to overcome common issues of the long pulse production/acceleration of negative ion beams in JT-60SA and ITER, the new technologies have been developed in the JT-60SA ion source and the MeV accelerator in Japan Atomic Energy Agency. As for the long pulse production of high-current negative ions for JT-60SA ion source, the pulse durations have been successfully increased from 30 s at 13 A on JT-60U to 100 s at 15 A by modifying the JT-60SA ion source, which satisfies the required pulse duration of 100 s and 70% of the rated beam current for JT-60SA. This progress was based on the R&D efforts for the temperature control of the plasma grid and uniform negative ion productions with the modified tent-shaped filter field configuration. Moreover, the each parameter of the required beam energy, current and pulse has been achieved individually by these R&D efforts. The developed techniques are useful to design the ITER ion source because the sustainment of the cesium coverage in large extraction area is one of the common issues between JT-60SA and ITER. As for the long pulse acceleration of high power density beams in the MeV accelerator for ITER, the pulse duration of MeV-class negative ion beams has been extended by more than 2 orders of magnitude by modifying the extraction grid with a high cooling capability and a high-transmission of negative ions. A long pulse acceleration of 60 s has been achieved at 70 MW/m$$^{2}$$ (683 keV, 100 A/m$$^{2}$$) which has reached to the power density of JT-60SA level of 65 MW/m$$^{2}$$.

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パーセンタイル:9.28

分野:Physics, Fluids & Plasmas

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