Positive and negative ion sources for magnetic fusion

磁気核融合用正・負イオン源

Hemsworth, R. S.*; 井上 多加志

Hemsworth, R. S.*; Inoue, Takashi

本論文は、磁気核融合研究に用いられる中性粒子入射装置の主要機器である、正・負イオン源に関するレビュー論文である。高プロトン比(90%),大電流密度(2kA/m),低ガス圧運転(0.4Pa),高効率、並びにイオンの大面積一様生成といった、高い性能を同時達成するために開発されてきた正イオン源の物理をレビューする。また核融合炉用の高エネルギー中性粒子ビーム生成に不可欠となる、負イオン源開発の現状についても報告する。負イオン源開発の進展により、核融合炉用中性粒子入射装置で求められる、低ガス圧(0.3Pa)での大電流密度(200A/m)負イオン(D)生成,低引き出し電子電流といった多くの要求性能がすでに達成されている。さらに、将来の中性粒子入射装置で求められる高い性能を満足するために必要な開発項目についても言及する。

The positive or negative ion sources which form the primary components of neutral beam injection systems used in magnetic fusion have to meet simultaneously several demanding requirements. This paper describes the underlying physics of modern positive ion sources, which provide the required high proton fraction (90%) and high current density (2 kA/m) at a low source pressure (0.4 Pa) with a high electrical efficiency and uniformity across the accelerator grids. The development of negative ion sources, which are required if high energy neutral beams are to be produced, is explained. The paper reports that negative ion sources have achieved many of the parameters required of sources for the neutral beam injectors of future fusion devices and reactors, 200 A/m of D at low pressure, 0.3 Pa, with low co-extracted electron content. The development needed to meet all the requiremens of future systems is briefly discussed.