Progress in the development of long pulse negative ion sources in N-NBI for JT-60SA and ITER

JT-60SA及びITER用負イオンNBIに向けた長パルス負イオン源開発の進展

平塚 淳一; 花田 磨砂也; 小島 有志; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 吉田 雅史; 錦織 良; 市川 雅浩; 渡邊 和弘; 戸張 博之

Hiratsuka, Junichi; Hanada, Masaya; Kojima, Atsushi; Umeda, Naotaka; Kashiwagi, Mieko; Yoshida, Masafumi; Nishikiori, Ryo; Ichikawa, Masahiro; Watanabe, Kazuhiro; Tobari, Hiroyuki

原子力機構では、JT-60SAやITERにおける中性粒子入射装置の要請を満たす高パワー長パルス負イオン源の実現を目指した研究開発を実施している。これまで、長パルス化に伴う負イオン生成の劣化、加速器の耐電圧の改善及び高エネルギー粒子による熱負荷の低減が大きな課題であった。負イオン生成については、劣化の原因が長パルス時のプラズマ電極の過熱にあることを突き止め、高温流体を用いたプラズマ電極温度制御技術を開発した。これにより、15アンペアの大電流負イオンビームを、JT-60SAで要請される100秒間生成することに成功した。耐電圧については、加速器の面積、孔数、段数の耐電圧への影響を実験及び理論の両面から詳細に解析し、多孔多段加速器の耐電圧設計手法を確立した。電極熱負荷については、熱負荷の原因となる2次粒子の加速を制限する電極孔構造を開発した。その結果、熱負荷をITERの設計値より低い13%に低減し、ITERで要請されるパワー密度と同等の185MW/m (974keV, 190A/m)のビームパルス幅を0.4秒から60秒にまで伸張することに成功した。この結果、JT-60SA及びITERに向けた負イオン長パルス加速技術の開発に見通しが得られた。

New technologies for the high power and long pulse negative ion beam sources have been developed with R&D activities on the JT-60SA ion source and the ITER prototype accelerator in Japan Atomic Energy Agency. R&D progress of the temperature control of the plasma grid resulted in the long pulse negative ion production of 100 s with high current of 15 A, which satisfies the required pulse duration and 70 % of the beam current for JT-60SA. R&D progress of accelerator design for the voltage holding capability and the grid power loading improved the pulse duration with high power density of 185 MW/m (974 keV, 190 A/m) from 0.4 s to 60 s, which has reached the ITER requirement level for power density of 200 MW/m. The total power loading on the acceleration grids was less than 13 % of the input power for the 60 s accelerated beams, which is less than the ITER accelerator design of 20 %.