AbstractA vacuum insulated beam source (VIBS), where all the components including the negative ion source and the acceleration grids are immersed in the vacuum, has been designed at Japan Atomic Energy Research Institute. The beam source is characterized by high gas flow conductance that reduces stripping losses of negative ions in the accelerator and improves the acceleration efficiency. The gas flow in VIBS was calculated using a 3-D Monte-Carlo code. At a typical operating pressure of 0.3 Pa in the negative ion source, the stripping loss of D− ions in VIBS is about 23%, which is about half of stripping loss in the gas insulated beam source (GIBS) that was designed in the ITER-FDR design. The acceleration efficiency is improved from 84 to 94%. To enhance the acceleration efficiency further, the possibility for reducing the operating pressure was experimentally studied. It was found the negative ion production in the KAMABOKO source adopted for ITER is dominated by surface production, therefore, the operating pressure can be reduced by improving plasma confinement. It is predicted that the operating pressure in KAMABOKO source can be reduced to 0.15 Pa, where the stripping loss and the acceleration efficiency in VIBS are improved to be 13 and 97%, respectively.
要約： 真空絶縁ビーム源（VIBS）は、負イオン源と加速電極を含むすべての構成要素が真空内に浸漬されているもので、日本原子力研究所で設計された。このビーム源は、高いガスコンダクタンスを特徴とし、加速器内での負イオンのストリッピング損失を低減し、加速効率を向上させる。VIBS内のガス流は3次元モンテカルロコードを用いて計算された。負イオン源内の代表的な動作圧力0.3 Paにおいて、VIBS内のD⁻イオンのストリッピング損失は約23%であり、これはITER-FDR設計で設計されたガス絶縁ビーム源（GIBS）におけるストリッピング損失の約半分である。加速効率は84%から94%に向上した。加速効率をさらに高めるため、動作圧力を低減する可能性が実験的に研究された。ITERに採用されたKAMABOKO源における負イオン生成は表面生成が支配的であることが判明し、したがってプラズマ閉じ込めを改善することで動作圧力を低減できることが示された。KAMABOKO源の動作圧力は0.15 Paまで低減可能であると予測され、その場合VIBSにおけるストリッピング損失と加速効率はそれぞれ13%と97%に改善される。