In the negative-ion-based neutral beam injector (N-NBI) of JT-60SA, a hydrogen negative ion beam with energy of 500 keV and a current density of 154 A m−2 for 118 s has been successfully demonstrated. This achievement exceeds the requirements (500 keV, 130 A m−2, 100 s) for the first time. To maintain stable negative ion production for a long pulse, the optimal temperatures of the chamber wall and plasma grid were analytically examined and were experimentally demonstrated. It was confirmed that the temperature during the beam pulse should be <50 °C for the chamber wall and >200 °C for the plasma grid. Damage to the filament cathode due to an abnormal discharge, so-called arcing, has been mitigated by developing a fast cut-off system of the arc current for around 100 μs after the arcing. To maintain sufficient voltage holding capability and to reduce the grid heat load due to the beam in the accelerator, techniques developed for the beam acceleration have been applied to this test. As a result of the integration of these techniques, a stable beam over 100 s has been demonstrated successfully. This is the first achievement over a 100 s stable beam with intensity of >75 MW m−2, which is the required practical level in the N-NBI. These results contribute to the coming NBI system for ITER and DEMO.
JT-60SAの負イオン源中性粒子ビーム入射装置(N-NBI)において、エネルギー500 keV、電流密度154 A m−2、118秒間の水素負イオンビームが実証に成功した。この成果は、要求値(500 keV、130 A m−2、100秒)を初めて上回るものである。長パルスにわたって安定した負イオン生成を維持するために、チャンバー壁とプラズマグリッドの最適温度が解析的に検討され、実験的に実証された。ビームパルス中の温度は、チャンバー壁については50 °C未満、プラズマグリッドについては200 °C超であるべきことが確認された。異常放電、いわゆるアーキングによるフィラメント陰極の損傷は、アーキング後約100 μsでアーク電流を遮断する高速遮断システムを開発することにより軽減された。十分な耐電圧性能を維持し、加速器内のビームによるグリッド熱負荷を低減するために、ビーム加速のために開発された技術が本試験に適用された。これらの技術の統合の結果、100秒を超える安定したビームが実証に成功した。これは、N-NBIにおいて要求される実用レベルである>75 MW m−2の強度での100秒超の安定ビームとしては初の達成である。これらの成果は、今後のITERおよびDEMOのNBIシステムに貢献するものである。