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ion beamlet by aperture displacement井上 多加志; 鈴木 靖生*; 宮本 賢治; 奥村 義和
JAERI-Tech 2000-051, 16 Pages, 2000/09
JAERI-Tech-2000-051.pdf:2.27MB
核融合実験炉用中性粒子入射装置(NBI)では、大面積から発生する負イオンビームを集束するとともに、引き出し部での電子抑制磁場によるビーム偏向を補正することが必要となる。本報告は、上記ビーム集束と磁場偏向の補正を孔変位によるビーム偏向で行うための基礎研究結果をまとめたものである。4枚の電極からなる引き出し部・加速器内の電極孔を意図的に変位させることにより、エネルギー50keVまでのHイオンビームを偏向した。電子抑制電極及び設置電極に孔変位を設けることにより良好な偏向特性が得られ、多孔大面積加速器から発生する負イオンビームの集束に適することが判明した。さらに孔変位によるビーム偏向が引き出し部内の磁場の方向に依存しないことを確認し、磁場によって偏向されたビームの軌道補正にも孔変位によるビーム偏向が適用可能であることを明らかにした。
前原 直; 関 正美; 鈴木 哲; 横山 堅二; 菅沼 和明; 清野 公広; 今井 剛; 鈴木 靖生*; 奥山 利久*; 斎藤 房男*; et al.
Fusion Engineering and Design, 39-40, p.355 - 361, 1998/00
被引用回数：5 パーセンタイル：44.27(Nuclear Science & Technology)低域混成波帯電流駆動(LHCD)用のアンテナ先端部は、プラズマ対向機器としての機能を持たせる必要がある。そこで炭素系繊維材を用いたアンテナ先端部モジュールの開発を行い、その高熱負荷特性について、電子ビームによる照射実験を行った。その結果、ITERの第一壁で要求される熱負荷の約13倍(3.2MW/m
)をモジュールに2分間照射しても、炭素系繊維材にメッキした銅が剥離しないことが確かめられた。この高熱負荷実験及び結果につき、詳細に報告する。
井上 多加志; 花田 磨砂也; 前野 修一*; 水野 誠; 小原 祥裕; 奥村 義和; 鈴木 靖生*; 田中 政信*; 渡邊 和弘
Plasma Devices and Operations, 3, p.211 - 222, 1994/00
原研における高パワー負イオン源の開発研究の進展をレビューしたものである。体積生成型の負イオン源に200~300mgのセシウムを添加することにより、以下のような劇的な性能改善を見た。1)負イオン生成効率が約4倍まで向上し、10Aの負イオンビームを得た。2)電子電流の減少。3)低ガス圧下での高効率負イオン生成。これにより、負イオン源の安定な長時間運転と高エネルギー加速が可能となった。セシウム添加型負イオン源を用いた加速実験では、電流値0.13Aの負イオンビームを350keVまで加速することに成功した。このとき、ビーム発散角は5mradと極めて小さかった。これら開発研究の成果により、より高効率で合理的な負イオンNBIシステムの実現に道が拓かれた。
渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 前野 修一*; 水野 誠; 小原 祥裕; 奥村 義和; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 田中 政信*
Proc. of 14th Int. Conf. on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, p.371 - 378, 1993/00
核融合プラズマの加熱及び電流駆動の有力候補である高エネルギー中性粒子入射装置(NBI)を実現するために、負イオン源の大電流化、長パルス化・高エネルギー化の研究開発を進めている。大電流化に関しては、既に10AのHビームを生成することに成功し見通しを得ている。次の長パルス化に関して、50keV,0.3AのHビームを24時間連続生成することに成功した。また、50keV,0.5Aで1000秒の出力に成功した。この時の電流密度はJT-60U用負イオン源の設計値にほぼ等しい14mA/cmである。高エネルギー化に関しては、14mm
単一孔加速電極系で300keV、17mAで発散角5.5mradの収束性の良いビーム生成に成功し、孔数9個の多孔電極系を用いて、300keV、100mAのHビームを得た。これらによって、負イオンNBI実現に大きく近づいた。
鈴木 靖生*; 花田 磨砂也; 奥村 義和; 田中 政信*
JAERI-M 92-168, 16 Pages, 1992/11
セシウム添加型負イオン源においてプラズマ電極の仕事関数をレーザー入射により測定し、プラズマ電極温度及びHイオン電流との関係を調べた。レーザー入射位置を変えて光電子電流測定を行い、添加したセシウムはアーク放電を続けることによりプラズマ電極上に一様となることが明らかになった。また、プラズマ電極の温度上昇とともに仕事関数は減少し、電極の温度が260
Cで1.75eVと見積もられた。これらの減少はセシウムを添加したときのHイオン電流の増加と良く一致する。仕事関数測定とHイオン引き出しを交互に行い、Hイオン電流の仕事関数依存性を調べた結果、仕事関数の低下とともにHイオン電流は急激に増加し、Hイオン電流が最大のとき仕事関数は約1.8eVまで低下していることが確認された。
鈴木 靖生*; 花田 磨砂也; 奥村 義和; 田中 政信*
JAERI-M 92-156, 16 Pages, 1992/10
イオン源の長パルス化とプラズマ中性化セルへの応用を目指してRFアンテナ挿入型の多極磁場型プラズマ源を試作した。プラズマ源は内径200mm、深さ270mmの円筒形であり、1~3ターンの銅製のアンテナが据え付けられている。プラズマ源に周波数2MHz、20kWの高周波電力を入力することにより、プラズマ源内水素ガス圧0.6Paにおいてイオン飽和電流密度120mA/cm、密度6.0
10
cm
のプラズマを得た。また、イオン飽和電流密度はプラズマ源内中心100mmの範囲内で一様であった。さらにアンテナの最適化を行い、アンテナ表面に絶縁被覆を施すことにより高密度なプラズマが生成できることを実証した。
ion source奥村 義和; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 水野 誠; 小原 祥裕; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; Tanaka, M.*; 渡邊 和弘
Review of Scientific Instruments, 63(4), p.2708 - 2710, 1992/04
被引用回数：24 パーセンタイル：86.6(Instruments & Instrumentation)冷却構造を改良した大型の負イオン源を用いて、最大24時間の長パルスの負イオンビームを生成した。用いた負イオン源はセシウム添加された体積生成型負イオン源であり、10cm9cmの領域に11.3mmの引き出し孔38個をもつ。各電極の熱負荷を測定し、最適化された状態で50keV、0.52A(14mA/cm)、1000秒の運転を行った。その間、負イオンビーム電流は一定であり、ビーム光学の悪化もなかった。更にセシウムの消費量を調べるため、約100mgのセシウムを注入した状態で24時間の長パルス運転を行い、セシウムの効果がわずかに減少しながらも持続すること(即ち、セシウムの消費量は極めて少いこと)を確認した。
渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 水野 誠; 小原 祥裕; 奥村 義和; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 田中 政信*
第2回粒子線の先端的応用技術に関するワークショップ, p.107 - 110, 1991/00
JT-60UやITER用負イオンNBIの実現に向けて、高エネルギー負イオンビームの開発を行っている。これまでに、ビーム光学の最適化により、最高で300keV、17mA、5sの水素負イオンビームが得られた。ビーム発散は5.5mradであり、ほとんど発散しない収束性の良いビームが得られた。また、パービアンスを保つことにより高いエネルギーでも良い発散が得られること、セシウムを用いても、純体積生成のビームと同様な発散が得られることなどが明らかとなった。また、多孔電極(14mmの円孔9個)を用いて最高で300keV、43mA、2.4secのビームが得られた。
渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 水野 誠; 小原 祥裕; 奥村 義和; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 田中 政信*
第4回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.85 - 88, 1991/00
JT-60UやITERのプラズマ加熱及び電流駆動のために、500~1300keVのエネルギーで数十アンペアの負イオンビームを用いた中性粒子入射装置(NBI)が必要であり、この装置の実現に向けて負イオン源の開発を行っている。この様な装置における負イオン源は、トカマクから30m以上も離れた位置に置かれるので、収束性の良いビーム(w
/e≦5mrad)を生成することが必要であり、イオン源加速部でのビーム光学の最適化は重要な開発項目の一つである。負イオンのビーム光学について、「250keV負イオン源」を用いて実験を行った。その結果、70keV、3mAのHイオンビームにおいて、イオン源から2m以上も離れたターゲットまで、真空容器中を殆ど発散せず直進するビームが得られた。2140mmでの発散角は点源としてw/e=1.5mradであった。得られた最高エネルギーは240keV、8mA、5mradである。
井上 多加志; 花田 磨砂也; 水野 誠; 奥村 義和; 小原 祥裕; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 田中 政信*; 渡邊 和弘
Proc. of the 4th Symp. on Ion Sources and Ion-Assisted Technology, p.137 - 140, 1991/00
核融合実験炉用NBIのための強力加速管R&Dの一環として、単一ギャップ静電加速型負イオン源の高エネルギー加速実験を行った。(1)1.5mradという非常に小さな発散の負イオンビームが得られた。この値から負イオン温度と規格化エミッタンスはそれぞれ0.2eV、0.008
cmmradと見積られた。このように収束性の良い負イオンビームを得る条件を検討した。(2)負イオン源にセシウムを添加した条件下で、230keV、5mA、発散角4.2mradのビーム生成に成功した。現在までのところ、セシウム導入に伴う加速管の耐電圧劣化は観測されていない。
ion source奥村 義和; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 水野 誠; 小原 祥裕; Pamela, J.*; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 渡邊 和弘
Production and Application of Light Negative Ions, p.35 - 40, 1991/00
ソースプラズマの閉じ込めを改善した大型負イオン源にごく少量のセシウムを添加することにより、負イオン源の運転ガス圧を大きく低下させることに成功した。体積生成型負イオン源においては、負イオン電流値を最大にする最適な運転ガス圧が存在し、それ以下のガス圧では負イオン電流値は急激に減少してしまう。しかしながらプラズマの閉じ込めを改善し、かつ、セシウムを添加することにより、最適ガス圧を1~2Paから、0.4Pa程度に、また負イオン電流が70%低下することを許容すれば、0.03Paまで下げることが出来た。この超低ガス圧の領域では、対電は蒸発したごく少量のセシウムにより維持されていることがわかった。
奥村 義和; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小原 祥裕; 水野 誠; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 渡邊 和弘
第1回粒子線の先端的応用技術に関するワークショップ, p.69 - 72, 1990/11
核融合用に開発の進んでいる、高エネルギー、大電流の負イオン源について概説する。将来の核融合プラズマの加熱のために、MeV級で数十アンペアの大容量の負イオン源が求められている。これにむけて原研では、負イオン源の高エネルギー化と大電流化の2つの観点から研究開発を進めている。これまでに10A、50keVの水素負イオンビーム出力を持つ世界最大の負イオン源の開発に成功した他、単一孔からのビームではあるが、240keVまで、負イオンビームを収束性良く加速している。このとき、ビームの発散角は3mradと極めて小さい。
