Demonstration of long-pulse acceleration of high power positive ion beam with JT-60 positive ion source in Japan-Korea joint experiment

日韓共同実験におけるJT-60正イオン源の長パルス加速の実証

小島 有志; 花田 磨砂也; Jeong, S. H.*; Bae, Y. S.*; Chang, D. H.*; Kim, T. S.*; Lee, K. W.*; Park, M.*; Jung, B. K.*; 藻垣 和彦; 小又 将夫; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; NB加熱開発グループ

Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Jeong, S. H.*; Bae, Y. S.*; Chang, D. H.*; Kim, T. S.*; Lee, K. W.*; Park, M.*; Jung, B. K.*; Mogaki, Kazuhiko; Komata, Masao; Dairaku, Masayuki; Kashiwagi, Mieko; Tobari, Hiroyuki; Watanabe, Kazuhiro; NB Heating Technology Group

原子力機構では、JT-60SAで利用する中性粒子入射装置の実現に向けて、高出力長パルスの正イオン源を開発中であり、今回、JT-60SAの要求値を超える2MWの正イオンビームを100秒間生成することに成功した。本実験は、「日本原子力研究開発機構と韓国国立核融合研究所との間の核融合研究開発に関する協力のための取決め」に基づいた共同実験として韓国原子力研究院において実施した。その結果、ビームの生成時間が30秒を超えると、イオンを生成するための放電ガス圧の変化がビーム電流値の時間的変化を引き起こすことが分かった。さらに、ビーム電流が変化するため、ビーム電流値とイオン源加速電極の電圧配分で決まるビームの収束性が時間とともに悪化していることが判明した。この収束性の悪化により、ビームの一部が加速電極に衝突し、電極の熱負荷が過大となり、加速電極間で絶縁破壊が発生し、ビーム生成時間が制限されていることが初めて分かった。そこで、イオン源の動作ガス圧を制御してビーム電流の時間的変動を低減するとともに、加速電極電圧の配分を細かく調整することでビーム収束性の悪化を抑えて熱負荷を低く保ち、2MWのビームを100秒間生成することに成功した。これらの長時間運転手法の開発と実証により、JT-60SAでの100秒運転に見通しがついた。

The long-pulse acceleration of the high-power positive ion beam has been demonstrated with the JT-60 positive ion source in the joint experiment among Japan Atomic Energy Agency (JAEA), Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) and National Fusion Research Institute (NFRI) under the collaboration program for the development of plasma heating and current drive systems. As a result of development of the operation techniques of the ion source and facilities of the neutral beam test stand in KAERI, 2 MW 100 s beam has been achieved for the first time. The achieved beam performance satisfies the JT-60SA requirement which is designed to be a 1.94 MW ion beam power from an ion source corresponding to total neutral beam power of 20 MW with 24 ion sources. Therefore, it was found that the JT-60 positive ion sources were applicable in the JT-60SA neutral beam injectors without further modification of the ion source and the accelerator. Moreover, because this ion source is planned to be a backup ion source for KSTAR, the operational region and characteristic has been clarified to apply to the KSTAR neutral beam injector.