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井上 多加志; 谷口 正樹; 森下 卓俊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 関 孝義*; 渡邊 和弘
Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08
原研では、1MeV加速器と大型負イオン源の開発を推進してきた。本論文はITER NBシステムの実現に向けた1ステップである、以下の開発の進展を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、H
イオンの1MeV級エネルギー加速試験が進展している。1MeV, 100mA級Hイオンビームを実用規模である100A/m
程度の電流密度で発生しており、イオン源の調整により、電流密度のさらなる増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:既存負イオンNBシステムにおいては、負イオンの空間一様生成がNB入射性能を左右する要因となっている。本研究では、磁気フィルターから局所的に洩れ出た高速電子が負イオン源引き出し領域に生成した負イオンを破壊していることを明らかにした。本論文では、幾つかの対応策とその試験結果についても報告する。
井上 多加志; 谷口 正樹; 森下 卓俊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 関 孝義*; 渡邊 和弘
Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08
被引用回数：23 パーセンタイル：59.63(Physics, Fluids & Plasmas)本論文では、ITER NBIシステムを実現するために原研が行ってきた、1MeV加速器と大型負イオン源の開発研究に関する以下の成果を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、HイオンのMeV級加速試験が進展した。これまでに、1MeV, 100mA級Hイオンビームを実用規模である100A/m程度の電流密度で発生しており、イオン源運転条件の調整により、さらなる電流密度の増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:従来、大面積引き出し面上に生成する負イオンの一様性が問題となっていたが、本研究により、磁気フィルターから局所的に漏れ出た高速電子が負イオン引き出し部に生成した訃音を破壊していることが明らかになった。本論文では、高速電子漏洩の遮断による一様性改善の結果を報告する。
井上 多加志
JAERI-Research 2005-006, 87 Pages, 2005/03
JAERI-Research-2005-006.pdf:10.53MB
国際熱核融合実験炉ITER用中性粒子入射装置(NBI)実現の1ステップとして、高出力の負イオン源と加速器を開発した。負イオン表面生成の理論的検討から、体積/表面積比を最大化して高密度水素原子生成を実現するカマボコ型負イオン源を開発した。さらに、高速電子(Te
1eV)による負イオン損失を抑制し、かつ水素原子の負イオン引き出し領域への拡散を妨げない「外部磁気フィルター」を装着し、低ガス圧力(0.3Pa)においてITERの要求性能を上回る高電流密度(300A/m)のHイオン生成を達成した。ITER加速器では放射線誘起伝導によりSF
等の絶縁ガスを使用できないため、真空絶縁技術の開発を行った。加速器運転中の圧力は0.02
0.1Paとなることから、真空アーク放電並びにグロー放電の絶縁設計ガイドラインを策定し、真空絶縁加速器を設計した。加速管の沿面放電防止のために陰極接合点の電界を低減し、1MVを安定に保持できる真空絶縁のMeV級加速器を開発した。これまでに900keV, 80A/mのHイオン(全電流値:0.11A)を数百ショット加速することに成功し、ITER NBIの実現に向けた見通しを得た。
ion beams in a proof-of-principle accelerator for ITER井上 多加志; 谷口 正樹; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 森下 卓俊; 渡邊 和弘; 今井 剛
Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1819 - 1821, 2004/05
被引用回数：11 パーセンタイル：51.25(Instruments & Instrumentation)ITER用負イオン加速器の原理実証試験を行っている。この加速器は、FRP絶縁管を真空境界として真空中に浸漬されるが、これまで絶縁管の耐電圧性能不足により、ビームエネルギーを制限されてきた。FRP,金属製フランジ及び真空の接点である三重点の電界強度を低減する大型の電界緩和リングを組み込んだところ、1MVの高電圧を2時間以上にわたって安定に保持することができるようになった。この結果を受けてビーム加速試験を行ったところ、900keV,100mAの水素負イオンビームを加速することに成功した。1MeVでは70mAと電流は低いものの、このレベルのビームを6日間にわたって130ショット(パルス幅1s)安定に加速することができた。
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。
井上 多加志; 宮本 賢治; 永瀬 昭仁*; 奥村 義和; 渡邊 和弘
JAERI-Tech 2000-023, p.27 - 0, 2000/03
JAERI-Tech-2000-023.pdf:1.18MB
JT-60U大型負イオン源は45cm
110cmという大面積電極から大電流負イオンビームを生成する。一方、JT-60UのN-NBI入射ポート断面積は約60cm50cmと狭小であり、ビーム損失を抑え高い効率で中性粒子ビームを入射するためには、加速管内での不整なビーム偏向を補正し、かつビームを集束する必要がある。本報告は電極孔変位(孔ズレ)によるビーム偏向について行った実験と設計検討の結果をまとめたものである。実験には3段階加速構造をもつ400keV負イオン源を用い、JT-60U N-NBIのフルパワー運転と同じパービアンスを保ってビーム偏向を行った。この結果電子抑制磁場によるビーム偏向の補正には電子抑制電極を、またビーム集束のために接地電極を変位させる、JT-60U大型負イオン源の電極孔パターンの設計を確定した。
beam accelerator for neutral beam injector渡邊 和弘; 藤原 幸雄; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 宮本 賢治; 宮本 直樹*; 奥村 義和; 佐藤 和義
Fusion Technology 1998, 1, p.493 - 496, 1998/00
多孔、5段静電加速器の開発を進め、目標エネルギーである1MeVまで水素負イオンビームを加速することに成功した。電流値は25mA、パルス幅は1秒である。また、5段加速器におけるビーム光学レットが明瞭に区別できる収束性の良いビームについて調べ、各中間電位電極の電流が減少する点においてビーム条件を得た。この条件はビーム軌道計算により設計した最適条件に良く一致していることが確認できた。
渡邊 和弘; 秋野 昇; 青柳 哲雄; 海老沢 昇; 藤原 幸雄; 本田 敦; 井上 多加志; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; et al.
Radiation Physics and Chemistry, 49(6), p.631 - 639, 1997/00
被引用回数：3 パーセンタイル：30.37(Chemistry, Physical)核融合プラズマの加熱や定常維持のために、0.5~1MeV、数十MWの中性粒子入射装置(NBI)が要求されている。このようなシステムの実現のため、大出力の負イオンビーム開発を進めている。JT-60U用500keV、10MW入射予定の負イオンNBI装置ではビーム出力試験が開始され、400keV、13.5A、0.12Sの世界最高のDビーム電流、電力発生に成功した。さらに、1MeV級の負イオン加速管の開発では、805keVで加速電流150mA/sのHビーム加速に成功した。
渡邊 和弘; 海老沢 昇; 藤原 幸雄; 本田 敦; 井上 多加志; 椛澤 稔; 栗山 正明; 宮本 賢治; 宮本 直樹*; 藻垣 和彦; et al.
16th IEEE/NPSS Symp. on Fusion Engineering (SOFE '95), 1, p.642 - 645, 1996/00
MeV級の大出力中性粒子入射装置(NBI)実現のために、多孔多段型の高エネルギー負イオン静電加速器の開発を行っている。まず、アンペア級負イオンのMeV級加速実証を行うために、出力1MV、1Aの世界最大出力のコッククロフトウォルトン高圧発生器で構成されるMeV級イオン源試験装置(MTF)を建設し、MeV級試験体を用いて水素負イオンの加速実験を開始した。MeV級試験体は負イオン生成部と5段の静電加速部から構成され、これまでに700keVで加速電流230mA、1秒のビーム加速に成功した。また、負イオンビーム光学については3段の加速器を用いて詳細に調べ、ビーム発散角5mrad以下の極めて集束性の良いビームを350keVの高エネルギーで得た。加速電極の熱負荷についても、許容値内に充分に低減できることを明らかにした。
井上 多加志; 花田 磨砂也; 前野 修一*; 宮本 賢治; 小原 祥裕; 奥村 義和; 渡邊 和弘
JAERI-Tech 94-007, 89 Pages, 1994/08
ITER等の核融合炉では、加熱電流駆動システムの候補として、MeV級ビームエネルギー、数十MW級パワーの中性粒子入射装置が必要とされる。しかしながら既存高パワー加速器のビームエネルギーは必要とされるエネルギーより1桁以上低い。核融合炉に適した電流、パルス幅において、このような高エネルギー加速の「原理実証」を行うことが、核融合炉用中性粒子入射装置を実現する上で急務である。本研究では、1MeVまでの負イオンビームの加速原理実証のために必要な加速器と加速器試験施設の設計検討を行った。
井上 多加志; 宮本 賢治; 水野 誠; 奥村 義和; 小原 祥裕; G.D.Ackerman*; C.F.Chan*; W.S.Cooper*; J.W.Kwan*; M.C.Vella*
15th IEEE/NPSS Symp. on Fusion Engineering,Vol. 1, 0, p.474 - 477, 1994/00
強力負イオンビームを集束するイオン引出し系の開発を行っている。この引出し系は、球面状に湾曲した電極からマルチビームレットを生成し、加速しつつ集束して1本のビームを形成してさらに高エネルギーまで加速するものである。この集束技術を中性粒子入射装置に適用すると、1)コンパクトなビームライン,2)高効率加速,3)ビームエネルギーを上げ、高い電流駆動性能、が得られる可能性がある。原研における最近の実験では、7個の引出し孔から発生したマルチビームレットを集束し、100keV、60mAのシングルビームを生成、ビーム外縁径
20mm、ビーム発散角
30mradとすることに成功した。このビーム条件は静電四重極(ESQ)加速器の入射条件をほぼ満たしており、原研の負イオン源と集束引出し系を米国ローレンスバークレー研究所(LBL)に持ち込み、ESQ加速器との組合せ試験を行う予定である。
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*; 宮本 賢治*; 水野 誠; 小原 祥裕; 奥村 義和
EP-93-48, p.11 - 19, 1993/08
引き出し及び2段の静電型加速電極をもつ、高エネルギー負イオン源において、350keV,0.2A,1秒の世界最高レベルの水素負イオンの加速に成功した。電極は直径14mm
の円孔9個を有する多孔電極である。加速された負イオンビームの平均電流密度は14mA/cm以上であり、JT-60負イオンNBI用イオン源の設計値に近い値である。ビームの集束性も良く、目標値である5mrad以下である。また、電極の熱負荷の主原因は、負イオンの加速途中でのガス分子との衝突反応により生成される電子、イオン、中性粒子等の入射であることが明らかになり、負イオンの直接入射は、数%以下で極めて小さいことが判明した。
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。
ion source井上 多加志; 松田 恭博*; 小原 祥裕; 奥村 義和; M.Bacal*; P.Berlemont*
Plasma Sources Sci. Technol., 1, p.75 - 81, 1992/00
被引用回数：13 パーセンタイル：49.03(Physics, Fluids & Plasmas)体積生成型負イオン源において、アーク放電の陰極であるフィラメント材料とその本数を変えて、負イオン引き出し実験を行った。その結果、1)タンタル製フィラメントによりタングステンフィラメント使用時より負イオン電流を50%増大させうること、2)フィラメント本数が少ないほど高い負イオン電流が得られること、が判明した。これらの結果は、イオン源アーク放電室の壁面に蒸着したフィラメント材料の新鮮な蒸着膜が負イオン生成に影響を及ぼすことを示している。負イオン生成過程のシミュレーションから、フィラメント材料の違いによる負イオン生成量の変化は、壁に蒸着したフィラメント材料の被膜上での水素原子の再結合係数の差に帰因すると考えられる。
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。
