ITER-NBI用多孔多段負イオン加速器の開発

ITERの加熱・電流駆動を担う中性粒子入射装置では、従来装置と比較してエネルギー・電流共に2倍である1MeV, 40Aの負イオンビームを、100倍以上のパルス幅である3600秒間連続で加速する負イオン加速器の開発が最重要課題である。量子機構では、このITER用加速器の調達に向けて、多孔多段の原型加速器を開発し、負イオンビームの高エネルギー化、長パルス化の技術開発を進めている。これまでの開発の結果、当初目標であった1MeVの負イオンビームを60秒間加速する事に成功し、原理実証を目指した初期開発が完了した。今後、装置改良を経て1000秒級の負イオンビーム加速を目指しており、これらの開発研究の状況について報告する。第11回 核融合エネルギー連合講演

Development of long-pulse high-power-density negative ion beams with a multi-aperture multi-grid accelerator

JT-60SAの加熱・電流駆動を担う中性粒子入射装置では、500 keV, 22Aの負イオンビームを、100秒間連続で加速する負イオン源・加速器の開発が最重要課題である。量研機構では、多孔多段の負イオン加速器を開発し、負イオンビームの高エネルギー化、長パルス化の技術開発を進めている。今回、加速中の負イオンビームの直接衝突を減らすと共に、衝突により発生する二次電子の量を抑制することを目的として、加速電極の孔径や厚みを最適化した加速電極を開発し、5段静電加速器に適用した。その結果、1MeVの負イオンビームのパルス幅を従来の0.4秒から60秒間に伸長することに成功し、JT-60SA用長パルス加速電極の原理実証に成功した。これらの開発研究の状況について報告する。29th edition of the Symposium on Fusion Technolog

Demonstration of long-pulse acceleration of high power positive ion beam with JT-60 positive ion source in Japan-Korea joint experiment

量研機構では、JT-60SA で利用する中性粒子入射装置の実現に向けて、高出力長パルスの正イオン源を開発中であり、今回、JT-60SA の要求値を超える2MWの正イオンビームを100 秒間生成することに成功した。本実験は、日韓共同実験として韓国原子力研究院において実施した。その結果、ビームの生成時間が30 秒を超えると、イオンを生成するための放電ガス圧の変化がビーム電流値の時間的変化を引き起こすことが分かった。さらに、ビーム電流が変化するため、ビーム電流値とイオン源加速電極の電圧配分で決まるビームの収束性が時間とともに悪化していることが判明した。この収束性の悪化により、ビームの一部が加速電極に衝突し、電極の熱負荷が過大となり、加速電極間で絶縁破壊が発生し、ビーム生成時間が制限されていることが初めて分かった。そこで、イオン源の動作ガス圧を制御してビーム電流の時間的変動を低減するとともに、加速電極電圧の配分を細かく調整することでビーム収束性の悪化を抑えて熱負荷を低く保ち、2MWのビームを100 秒間生成することに成功した。これらの長時間運転手法の開発と実証により、JT-60SA での100 秒運転に見通しがついた