Significant progress in the extension of pulse durations of powerful negative ion beams has been made to realize the neutral beam injectors for JT-60SA and ITER. In order to overcome common issues of the long-pulse production/acceleration of negative ion beams in JT-60SA and ITER, new technologies have been developed in the JT-60SA ion source and the MeV accelerator in Japan Atomic Energy Agency.As for the long-pulse production of high-current negative ions for the JT-60SA ion source, the pulse durations have been successfully increased from 30 s at 13 A on JT-60U to 100 s at 15 A by modifying the JT-60SA ion source, which satisfies the required pulse duration of 100 s and 70% of the rated beam current for JT-60SA. This progress was based on the R&D efforts for the temperature control of the plasma grid and uniform negative ion productions with the modified tent-shaped filter field configuration. Moreover, each parameter of the required beam energy, current and pulse has been achieved individually by these R&D efforts. The developed techniques are useful to design the ITER ion source because the sustainment of the caesium coverage in the large extraction area is one of the common issues between JT-60SA and ITER.As for the long-pulse acceleration of high power density beams in the MeV accelerator for ITER, the pulse duration of MeV-class negative ion beams has been extended by more than 2 orders of magnitude by modifying the extraction grid with a high cooling capability and a high transmission of negative ions. A long-pulse acceleration of 60 s has been achieved at 70 MW m−2 (683 keV, 100 A m−2) which has reached the power density of JT-60SA level of 65 MW m−2. No degradations of the voltage holding capability of the acceleration voltage and the beam optics due to the distortion of the acceleration grids have been observed in this power density level.These results are the longest pulse durations of high-current and high-power-density negative ion beams in the world.
JT-60SAおよびITER用の中性粒子入射装置を実現するため、大出力負イオンビームのパルス幅延長において大きな進展があった。JT-60SAおよびITERにおける負イオンビームの長時間パルス生成・加速に関する共通の課題を克服するため、日本原子力研究開発機構のJT-60SAイオン源およびMeV加速器において新技術が開発された。JT-60SAイオン源用の大電流負イオンの長時間パルス生成に関しては、JT-60Uでの13A・30秒から、JT-60SAイオン源の改良により15A・100秒までパルス幅の延長に成功し、JT-60SAに要求される100秒のパルス幅と定格ビーム電流の70%を満足した。この進展は、プラズマグリッドの温度制御と、改良されたテント型フィルター磁場配位による均一な負イオン生成に関する研究開発に基づくものである。さらに、要求されるビームエネルギー、電流、パルス幅の各パラメータは、これらの研究開発により個別に達成された。開発された技術は、大面積引出領域におけるセシウム被覆の維持がJT-60SAとITERに共通の課題であることから、ITER用イオン源の設計に有用である。ITER用MeV加速器における高パワー密度ビームの長時間パルス加速に関しては、高冷却能力と高負イオン透過率を備えた引出電極の改良により、MeV級負イオンビームのパルス幅を2桁以上延長した。70MW m⁻²（683keV、100A m⁻²）において60秒の長時間パルス加速が達成され、これはJT-60SAレベルの65MW m⁻²というパワー密度に達している。このパワー密度レベルにおいて、加速電極の変形による加速電圧の耐電圧特性の低下やビーム光学の劣化は観測されなかった。これらの結果は、大電流・高パワー密度負イオンビームのパルス幅として世界最長である。