Hydrogen negative ion beams of 507 keV, 1 A and 486 keV, 2.8 A have been successfully produced in the JT-60U negative ion source with a three-stage accelerator by overcoming a poor voltage holding of the accelerator with large-size grids of ∼2 m2. This is the first result of H− beam acceleration up to 500 keV at a high current of over 1 A. In order to improve the voltage holding capability, the breakdown voltages of the large-size grids and small-size electrodes with uniform and locally strong electric fields were examined by changing the gap length. It was found that the voltage holding of the large-size grids was below half of that of the small-size electrodes with a uniform electric field which was used in the design of the accelerator. This degradation was found to be caused by the local electric field concentrations in addition to the size. Based on the results of the voltage holding tests and beam optics calculations, the gap lengths of the large-size grids were tuned to have a capability to sustain 600 kV. As a result, the gap tuning realized stable voltage holding during beam accelerations without significant degradations of the beam optics and stripping loss. These results indicated that stable 500 keV beam accelerations required for JT-60SA are feasible and this gap tuning is also applicable for the design of ITER accelerator.
水素負イオンビーム507 keV、1 Aおよび486 keV、2.8 Aが、3段加速器を備えたJT-60U負イオン源において、約2 m²の大型グリッドを有する加速器の電圧保持能力の不足を克服することにより、生成に成功した。これは500 keVでのH⁻ビーム加速を1 A超の高電流で達成した初めての結果である。電圧保持能力を改善するため、一様および局所的に強い電界を有する大型グリッドと小型電極の絶縁破壊電圧を、ギャップ長を変えて調べた。大型グリッドの電圧保持能力は、加速器の設計に用いられた一様電界を有する小型電極の半分以下であることが判明した。この低下は、サイズに加えて局所的な電界集中によって引き起こされることが判明した。電圧保持試験およびビーム光学計算の結果に基づき、大型グリッドのギャップ長は600 kVを維持できる能力を有するように調整された。その結果、ギャップ調整により、ビーム光学およびストリッピング損失の顕著な劣化を伴わずに、ビーム加速中の安定した電圧保持が実現された。これらの結果は、JT-60SAに必要な安定した500 keVビーム加速が実現可能であり、このギャップ調整がITER加速器の設計にも適用可能であることを示した。