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Evaluation of dark current profile for prediction of voltage holding capability on multi-aperture multi-grid accelerator for ITER

ITERに向けた多孔多段加速器の耐電圧予測のための暗電流の評価

錦織 良; 小島 有志; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 吉田 雅史; 市川 雅浩; 平塚 淳一; 山納 康*; 大倉 徹也 *; NB加熱開発グループ

Nishikiori, Ryo; Kojima, Atsushi; Hanada, Masaya; Kashiwagi, Mieko; Watanabe, Kazuhiro; Umeda, Naotaka; Tobari, Hiroyuki; Yoshida, Masafumi; Ichikawa, Masahiro; Hiratsuka, Junichi; Yamano, Yasushi*; Okura, Tetsuya*; NB Heating Technology Group

ITERやJT-60SAにおける中性粒子入射装置では、多孔多段(MAMuG)加速器による高エネルギー、大電流ビームの安定供給が要求されている。これらの加速器の設計に向けては、真空放電で決まる耐電圧の予測が重大な課題となっており、原子力機構では、MAMuG加速器をの耐電圧を物理理解に基づいて設計するために、真空放電の物理過程の研究を実施している。これまでの研究成果から、この真空放電は電界放出電子による暗電流が起点となっていると考えている。しかし、F-N理論によれば、暗電流は電界増倍係数$$beta$$によって決まるが、これまで$$beta$$は実験的にしか求めることができなかった。そこで、今回、$$beta$$の決定機構を調べるために、MAMuG加速器の大面積電極の電界の異なる3つの領域で独立に暗電流を測定した。その結果、$$beta$$は電極のコンディショニングと共に低下するが、絶縁破壊電界Eによって表される実効電界$$beta$$Eが一定で1MV/mmであることが分かった。これは、小型電極から求めた実効電界$$beta$$Eよりも1桁大きい値であり、面積の依存性を示唆していると考えている。この$$beta$$Eの値を利用することにより、絶縁破壊電界時における$$beta$$を求めることができ、暗電流の評価と耐電圧の予測を関連付けることができると考えている。

One of critical issues for high-energy high-current beam acceleration in ITER and JT-60SA is the high voltage holding which is dominated by vacuum discharges. The past results suggest that vacuum discharge occurs beyond the threshold of the dark current. The dark current can be derived from F-N theory where electric field enhancement factor beta is included. Though, beta could only be evaluated from the experiment previously. Therefore, the method to decide beta without experiment is required. This time dark currents were measured at three different areas to compare beta in different electric field. As a result, the effective electric field $$beta$$E, where E is average electric field, were found to be almost constant for different areas although the beta is largely different. By applying $$beta$$E, beta can be evaluated analytically, leading to the analytical prediction of the dark current and voltage holding capability without the measurements.

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