LIPAc

LIPAc（Linear IFMIF Prototype Accelerator、線形IFMIF原型加速器）は、核融合炉の構造材料開発を目的とした中性子源IFMIF（国際核融合材料照射施設）の低エネルギー部門を1対1の縮尺で検証するための重陽子線形加速器であり、日本と欧州の「広範囲アプローチ（Broader Approach）」協定のもと、青森県六ヶ所村で建設・運転調整が進められている。最終目標は連続波（CW）運転で125 mA・9 MeVの重陽子ビームを安定して加速・輸送できることを実証することであり、これはビーム出力にして約1 MWを超える、核融合分野でも類を見ない高強度イオンビームの取り扱いを実地に確かめる試みである。

図はLIPAc全体の模型を上流から見下ろしたもので、左端のイオン源とLEBT（低エネルギービーム輸送部）から、RFQ（高周波四重極）加速器、MEBT（中エネルギービーム輸送部）、超伝導リニアック（SRF Linac）、HEBT（高エネルギービーム輸送部）を経て右端のビームダンプまで、全長約36 mの加速器列が一望できる。各部は欧州各国の研究機関と日本側が分担して供給しており、建屋・付帯設備・クライオプラントなども併せて示されている。

IFMIFにおける位置づけと使命

IFMIFは、2本の平行な重陽子加速器（各40 MeV、125 mA）からのビームを液体リチウムターゲットに衝突させ、核融合炉壁面と同等の14 MeV中性子場を発生させる施設として構想された。D-Li反応により生じる中性子スペクトルは核融合炉内のものをよく模擬し、将来の炉構造材料の照射損傷データを取得する基盤となる。この加速器駆動部は、空間電荷効果が強く高電流を連続波で運転するという、従来の加速器技術の常識を超える要求を課すため、設計の妥当性を実機規模で検証するプロトタイプが必要であった。LIPAcはそのために建設されたもので、IFMIF本体の低エネルギー部（イオン源から9 MeVまで）をそのままの規模・特性で再現し、高電流・連続波運転の成立性、ビーム損失の制御、機器の信頼性（RAMI性）を実証する役割を担う。

加速器の構成

LIPAcは上流から、イオン源とLEBT、RFQ、MEBT、超伝導リニアック、HEBT、ビームダンプからなる。イオン源はECR（電子サイクロトロン共鳴）方式で、100 keVの重陽子ビームを140 mA以上、低エミッタンス（0.25 π mm mrad以下）で抽出することを要求され、RFQの入口で125 mAのビームがマッチングされる。RFQは5 MeVまで加速を担う主要部門であり、高周波カップラの強化など連続波運転に向けた改良が重ねられてきた。RFQを出たビームはMEBTで整形・マッチングされ、超伝導リニアック（半波長共振器を用いる）で9 MeVまで加速される。HEBTは超伝導リニアック出口からビームダンプ入口までを結び、常電導電磁石群（一つの偏向電磁石と八つの四重極電磁石）で構成される。偏向電磁石はビームを水平に20度曲げることで、ビームダンプで発生する放射線が上流の超伝導リニアック等に直接当たらないようにしている。四重極電磁石は三つのグループに分かれ、第一の三重極は診断プレート前でのビーム条件の整調、二重極（ダブレット）は偏向電磁石入口でのビーム径の絞り込み、第二の三重極はビームダンプ入口でのパワー密度を下げるための意図的なビーム拡大を、それぞれ担う。空間電荷を補償する強い集束要求と建屋の制約から、電磁石は短く密に配置され、四重極コイルと修正コイルを同一鉄心に収める特別な設計が採られた。また大電流連続ビームによるビームダクトの発熱・放射化を避けるためビーム管は大口径となり、電磁石は磁気飽和に近い状態で動作する。