324MHz高周波駆動の大強度負水素イオン源のマッチング回路の設計

Design of a matching circuit for a high-intensity negative hydrogen ion source driving with 324 MHz RF power source

神藤 勝啓   ; 柴田 崇統*; 和田 元*

Shinto, Katsuhiro; Shibata, Takanori*; Wada, Motoi*

J-PARCなどの大強度陽子加速器施設やITERなどの中性粒子入射加熱施設で用いられている高周波負水素イオン源では、駆動周波数が12MHzの高周波源を用いてイオン源内プラズマを生成している。我々はこれまでにこのような数MHz帯域の高周波源を用いたイオン源より引き出された負水素イオンビームが、駆動周波数またはその2倍高調波成分をもって揺動していることを示してきた。これは、イオン源内のプラズマ密度が高く、イオンプラズマ周波数よりも低い周波数の駆動周波数でプラズマを生成していることが原因である。そこで、我々はイオンプラズマ周波数よりも高い周波数、例えばJ-PARCリニアックの高周波源(クライストロン)の周波数(324MHz)でイオン源プラズマを生成した場合に、引き出された負水素イオンビームの揺動が抑えられると考えた。そのために、先ずは高周波源からの入力電力を損失無く、イオン源内プラズマに投入するための整合回路の設計を行った。本発表では、新たな高周波源を用いることを検討した経緯と整合回路の設計結果について報告する。

Negative hydrogen (H) ion sources which are used at high-intensity proton accelerator facilities such as J-PARC or neutral beam injection system for plasma heating in the fusion devices such as ITER produce plasmas by using RF sources driving with the frequency of 1-2 MHz. We have shown that the H beams extracted from the RF-driven H ion source with the frequency of several MHz have some fluctuations with the frequency of the fundamental and second harmonics. The reason is that the high plasma density is produced in the ion source with the low driving frequency. Therefore, we propose the driving RF frequency same as the RF sources with that of 324 MHz in the J-PARC linac, which is much higher than the ion plasma frequency, is used for producing the plasma to suppress the H beam fluctuations. As a first step, we performed a design of a matching circuit for the higher frequency driven H ion source. We present the background for decision of a new RF amplifier with much higher frequency and the design results.