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ion source小栗 英知; 上野 彰; 池上 清*; 滑川 裕矢; 大越 清紀
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A715_1 - 02A715_3, 2010/02
被引用回数：3 パーセンタイル：18.27(Instruments & Instrumentation)A cesium-free H ion source driven with a LaB
filament is being operated for J-PARC. The beam commissioning of J-PARC accelerators started in November 2006. As of May 2009, the ion source has been successfully operated in two different modes such as a low current mode of 5 mA and a high current mode of 30 mA. According to the task of the run, one of the two modes was selected. However, it has been restricted to only the low beam current mode for the stable operation of the RFQ linac which has serious discharge problem from September 2008. The total interruption time during the runs due to the ion source failure is about 50 h as of May 2009. The availability of the ion source is calculated to be 99%. The interruptions were mainly (about 90%) caused by the insufficient lifetime of the filament. By a few modifications on the filament shape administered, we succeeded in achieving the lifetime of 2,030 h, which included 1,250 h in the low beam current mode and 780 h in the high mode. The interruption due to the filament failure does not occur in the last one year. Another cause of the interruption is a discharge at the ceramics insulator. Recently, the discharge occurs once a few weeks. Although the interruption time due to the discharge is much shorter than the filament failure, we are now studying how to stop the discharge for more stable operation.
ion source池上 清*; 上野 彰; 小栗 英知; 滑川 裕矢; 大越 清紀
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A717_1 - 02A717_4, 2010/02
被引用回数：3 パーセンタイル：18.27(Instruments & Instrumentation)A cesium-free H ion source driven with a LaB filament is under operation at the J-PARC. The ion source succeeded in producing the maximum beam current of 38 mA, which is satisfied with the requirement for the J-PARC initial stage of 36 mA. The operating beam current, however, is within 30-33 mA during the accelerator beam commissioning run because we restrict the maximum arc current to 300 A for a highly stable beam operation. In order to improve the arc power efficiency for the beam current and to examine the possibility to satisfy with the requirement for the J-PARC final goal, we started to survey about the optimal size and shape of the LaB filament by using the H ion source test stand. All the tests were carried out with the same condition such as the arc current (300 A), the beam energy and the magnet configuration of the plasma chamber. The beam-current of 35.2 mA was extracted using a double spiral LaB-filament with a diameter of 29.5 mm and length of 35.5 mm, which is the same dimension as the present J-PARC ion source. By using a smaller one with a diameter of 15 mm and length of 34 mm, the beam current was increased to 41.8 mA. Furthermore, it was increased to 43.4 mA by using a flat triple hairpin shape LaB-filament.
ion source for Japan Proton Accelerator Research Complex upgrade大越 清紀; 滑川 裕矢; 上野 彰; 小栗 英知; 池上 清*
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A716_1 - 02A716_4, 2010/02
被引用回数：6 パーセンタイル：30.96(Instruments & Instrumentation)A cesium (Cs)-free H ion source driven with a lanthanum hexaboride (LaB) filament was adopted as the ion source for the first stage of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). At present, the maximum beam current from the ion source is 38 mA, with which J-PARC can produce a proton beam power of 0.6 MW at 3 GeV. In order to satisfy the beam power of 1 MW required for the final stage of J-PARC in near future, we have to increase ion source beam current to more than 60mA. Therefore, we started to develop a Cs-seeded type ion source by adding an external Cs injection system to the same type ion source as the present J-PARC ion source. As a result, the negative ion beam current of 70 mA from the source using a tungsten-filament instead of a LaB-filament was obtained with the low arc discharge power of 15 kW (100 V 
150 A). The test is now in progress.
ion beam acceleration in MeV accelerator谷口 正樹; 水野 貴敏; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 小島 有志; 田中 豊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; et al.
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02B101_1 - 02B101_3, 2010/02
被引用回数：7 パーセンタイル：34.72(Instruments & Instrumentation)原子力機構では、ITER NBI用負イオン加速器として、5段の静電加速器であるMeV級加速器の開発を行っている。MeV級加速器では、2007年までに796keV, 320mAの負イオン加速に成功したが、積極的な冷却機構を持たない慣性冷却電極のため、パルス幅が0.2sに制限されていた。本研究では、MeV級加速器に水冷加速電極を組み込んで長パルス・大電流負イオン加速試験を行った。その結果、最適パービアンス条件下で750keV, 221mA, 5sの負イオン加速に成功した。また、負イオン加速の最大積算エネルギーは、1.01MJ(651keV, 155mA, 10s)であった。上記以上の大パワー加速では、第3加速電極、及び接地電極への熱負荷が過大となり、絶縁破壊が頻発した。試験後の加速器を分解・観察した結果、ビーム偏向によりこれらの電極が溶融し、絶縁破壊が生じたことが明らかとなった。
水野 貴敏; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 大楽 正幸; 坂本 慶司; 井上 多加志
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02B103_1 - 02B103_3, 2010/02
被引用回数：4 パーセンタイル：22.9(Instruments & Instrumentation)ITER NBIでは1MeV, 40Aの負イオンビームを最大3,600sに渡り加速することが求められる。その実現には負イオンの加速途中で発生する電子,原子及び正イオンといった二次粒子の挙動を解明し、電極熱負荷を低減する必要がある。そこで、カダラッシュ研究所の開発した解析コード(EAMCC)を用いて原子力機構のMeV級加速器での長パルス加速実験を対象とした加速器内の二次粒子挙動の解析を行った。600keVビーム加速を対象とした解析から、第3加速電極(A3G)に多くのストリッピング電子が衝突することにより、A3Gの熱負荷がA3Gより下流の電極と比べて高くなることがわかった。これは、長パルス加速実験で用いられた加速器では加速段数合理化のためにA3Gの上流の第2加速電極(A2G)を省いたことが原因であることがわかった。
寺崎 良*; 藤野 郁朗*; 畑山 明聖*; 水野 貴敏; 井上 多加志
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A703_1 - 02A703_3, 2010/02
被引用回数：23 パーセンタイル：68.01(Instruments & Instrumentation)将来の核融合炉に向けた大型水素負イオン源の開発において、空間的に一様な負イオン生成を実現することは重要な課題の一つである。近年、原子力機構の10A負イオン源における実験で、イオン源内の電子エネルギー分布が空間的に非一様となること、及びその電子エネルギー分布により負イオン生成分布が空間的に非一様となることが明らかにされた。そこで、本研究の目的は、電子エネルギー分布の解析を行い、空間的に非一様な電子エネルギー分布形成の物理的機構を明らかにし、空間的に一様な負イオン生成の実現に資することである。この目的のため、われわれはモンテカルロ法を用いた空間三次元・速度空間三次元(3D3V)の電子エネルギー分布解析コードを開発した。このコードを用いて、JAEAの10A負イオン源を対象とした解析を行ったところ、実験で観測されたイオン源内の電子エネルギー分布の空間的非一様性を再現した。われわれの開発したコードは次世代負イオン源の設計に有力なツールとなりうる。
-filament上野 彰; 小栗 英知; 池上 清*; 滑川 裕矢; 大越 清紀; 徳地 明*
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A718_1 - 02A718_3, 2010/02
被引用回数：2 パーセンタイル：13.26(Instruments & Instrumentation)A constant-current pulsed-arc-power-supply (CCPAPS) is indispensable to operate a high-density pulsed-arc-plasma ion-source using a lanthanum hexaboride filament stably, since its emission current dependence on temperature is rather steep. The deviation of arc-current is positively feed-backed if power-supply is constant-voltage controlled. Furthermore, it shortens the rising time of arc-current by naturally produced overshoot voltage. Although a CCPAPS was developed using an IGBT-switch, a constant-current DC power-supply and a large 700 kg inductor for an H ion source, a significant sag of about 5% of arc-current was produced. The sag was reduced by an innovative CCPAPS using two IGBT-switches, a constant-current DC power-supply, a constant-voltage DC power-supply, a inductor and a capacitor. It succeeded in producing a flat arc-pulse with a peak-power of 60 kW (400A 150V) and a pulse width of more than 600 us. Its architecture and performance are described in this paper.
ion source development上野 彰; 小栗 英知; 池上 清*; 滑川 裕矢; 大越 清紀
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A720_1 - 02A720_6, 2010/02
被引用回数：27 パーセンタイル：72.53(Instruments & Instrumentation)In the development of J-PARC H ion source, the following interesting experimental results are observed; domination of surface production of H ion in cesium free source, a newly devised circuit system for high-power constant-current pulsed-arc-power-supply indispensable for a lanthanum hexaboride (LaB) filament, difference of cesium effect in the source with LaB-filament or tungsten (W) filament and so on. These experimental results are described in this paper.
柏木 美恵子; 谷口 正樹; 大楽 正幸; Grisham, L.*; 花田 磨砂也; 水野 貴敏; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 坂本 慶司; et al.
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02B113_1 - 02B113_5, 2010/02
被引用回数：8 パーセンタイル：38.09(Instruments & Instrumentation)ITER NBIに向けた原子力機構のMeV多孔5段負イオン加速器の最近の試験において、全体で1MV、各段200kVを安定に保持するために、加速ギャップ長(1st/2nd/3rd/4th/5thギャップ)を従来の104/94/87/78/72mmから全ギャップ100mmまで拡張する必要があることがわかった。しかし、ギャップ長の拡張は、ビーム光学の劣化,負イオン中性化損失の増加,ビームレット反発による偏向角の増大を引き起こす可能性がある。そこで2次元ビーム解析でギャップ長とビーム光学,3次元ガス解析で負イオンの中性化損失,3次元ビーム解析によりビームレットの偏向角を検討した。その結果、ギャップ長を120mm程度まで拡張することが可能であることがわかり、この結果を約120mmの長ギャップを持つ加速器設計に反映した。
田中 豊; 花田 磨砂也; 小島 有志; 秋野 昇; 清水 達夫; 大島 克己; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; et al.
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A719_1 - 02A719_3, 2010/02
被引用回数：4 パーセンタイル：22.9(Instruments & Instrumentation)JT60負イオン源は、JT-60SAへ向けて、1台あたり22A, 500keVのDビームを生成することが要求されている。これまで、負イオン源は、真空絶縁破壊のために、設計性能を満足していなかった。真空絶縁破壊の原因を調べるために、実機JT-60負イオン源の耐電圧試験やイオン源内部の電界計算を行ったところ、電極支持枠の端部において、加速電極間の平等電界(3kV/mm)よりも高い電界(5.2
5.5kV/mm)領域において絶縁破壊が生じている可能性が高いことが判明した。そこで、局所電界強度の緩和のための改造を行い、その後耐電圧試験を実施した。3秒パルスで高電圧を印加し、負イオン源のコンディショニングを進め、15時間後、定格500kVを達成するとともに、同電圧を、絶縁破壊することなく、電源の制限パルス幅である40秒間安定に維持した。
小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; Grisham, L. R.*; et al.
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02B112_1 - 02B112_5, 2010/02
被引用回数：35 パーセンタイル：78.7(Instruments & Instrumentation)JT-60NNBIは実規模サイズの負イオン源を利用した世界で唯一の高エネルギーNBI装置である。今まで、400keVで35Aの負イオンビーム加速に成功し、5.8MW, 0.9sの最大入射パワーを達成している。また、ビームレット同士の反発を補正し、電極熱負荷を低減したことにより、3MW, 30sの長パルス入射にも成功している。それにより、JT-60Uの高ベータプラズマの開発に大きく貢献してきた。JT-60の改修のための停止期間には、JT-60SAに向けての改良として大きな問題であった負イオン源の耐電圧改善を図っている。それは、負イオン源の耐電圧性能を改善することにより、より高パワー・長パルスのビームを安定に入射することが目的である。今回電極間の距離を延ばすとともに局所電界を低減することによって耐電圧の改善に成功し、JT-60での標準運転より厳しい条件であるガスを導入しない無負荷耐電圧で設計値を超える500kVを達成した。また、設計値である490kVを40秒間絶縁破壊することなく保持することに成功した。これらの成果によりJT-60SAに向けた負イオン源の耐電圧改善について見通しを得た。
吉田 健一; 奈良 孝幸; 齋藤 勇一; 横田 渉
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02A312_1 - 02A312_4, 2010/02
被引用回数：2 パーセンタイル：13.26(Instruments & Instrumentation)The beam intensity fluctuation was investigated using an electron cyclotron resonance ion source (ECRIS) of an all-permanent-magnet type under development for high stability of the beam intensity. While the source has achieved the stability better than 3.2% with strict regulation of the coolant temperature change within 
0.1
C, the intensity varies strongly depending on the temperature of the plasma chamber coolant when it is changed intentionally. The influence of the temperature on chamber expansion, magnetic field strength and vacuum was measured or estimated in detail. The result shows that the slight change in vacuum has significant influence on the intensity.
柏木 啓次; 岡村 昌宏*; Jameson, R. A.*; 服部 俊幸*; 林崎 規託*
Review of Scientific Instruments, 81(2), p.02B724_1 - 02B724_4, 2010/02
被引用回数：2 パーセンタイル：13.26(Instruments & Instrumentation)The relation between ion current from a laser ion source and accelerated beam using direct plasma injection scheme was studied. Accelerated beam time-structure was well reproduced by series of analysis: evaluating beam current at extraction from a measured plasma parameters using a scaling law, beam emittance at the entrance of acceleration electrode region by ion extraction simulation, and the beam acceleration simulation. The extraction simulation revealed the time variation of the injected beam parameter to the RFQ linac. It is proved that time-structure of accelerated beam was different to that of injection beam because degree of the matching between the injected beam emittance and the RFQ acceptance varied with time.
