For the realization of the ITER neutral beam (NB) system, a method for achieving the acceleration voltage of 1 MV for the vacuum insulated beam source (VIBS) has been developed. Additionally, the design basis for the 1 MV vacuum insulation has also been developed by integrating previous empirical scaling of the voltage holding capability for plane and coaxial electrodes with new scaling for the corner region where the locally-concentrated electric field is generated. The scaling clarified that a product of electric field and voltage obtained by electric field analysis in the beam source vessel was much higher than the allowable level. Therefore, in order to improve the voltage holding capability, electrostatic shields having intermediate potential have been proposed. Consequently, it was found that the VIBS needs to be surrounded by more than three intermediate shields instead of a single gap insulation of 1 MV. Reliability of the design basis of the developed intermediated shields has been experimentally verified by improving the 1.3 m single gap insulation in the voltage holding test. As a result, the sustainable voltage has been significantly improved from 0.7 MV with the single gap to 1 MV with shielding up to the power supply limit. This result ensures the realization of the 1 MV VIBS in the ITER NB system.
ITER中性粒子ビーム（NB）システムの実現に向けて、真空絶縁ビーム源（VIBS）の1 MV加速電圧を達成する方法が開発された。さらに、平面電極および同軸電極における耐電圧特性の従来の経験則と、局所的な電界集中が生じるコーナー領域に対する新たな経験則を統合することにより、1 MV真空絶縁の設計基準も構築された。この経験則により、ビーム源容器内の電界解析から得られた電界と電圧の積が許容レベルを大幅に上回ることが明らかになった。そこで、耐電圧特性を向上させるため、中間電位を有する静電シールドが提案された。その結果、VIBSは1 MVの単一ギャップ絶縁ではなく、3基以上の中間シールドで囲む必要があることが判明した。開発された中間シールドの設計基準の信頼性は、1.3 m単一ギャップの耐電圧試験を改善することにより実験的に検証された。その結果、持続可能な電圧は単一ギャップでの0.7 MVから、シールドを適用した場合の電源限界である1 MVまで大幅に向上した。この成果により、ITER NBシステムにおける1 MV VIBSの実現が確実なものとなった。