AbstractThe development of high current negative ion sources has been intensively continued for application to fusion research, especially neutral beam injection. Recently, the research and development of hydrogen negative ion sources has made rapid progress. Negative ion beam current has been remarkably enhanced by seeding cesium in a magnetically filtered multicusp plasma source. As a result, a negative ion beam current of more than 16 A is obtained at an energy of 120 keV. According to studies of negative ion sources during the last decade a design principle for volume production multi-cusp negative sources has been mostly approved. The present status of the development of high current negative ion sources is briefly reviewed. The performance and the characteristics of a negative ion source are discussed. Emphasis is placed on the important issues and optimized condition: low operating pressure, the relation between the plasma parameters and the extracted beam current, the optimum Cs seeding conditions, the beam extraction characteristics of the negative ion source and the suppression of electron current extracted with the negative ions. The optimum condition is described by considering the physical principle of the negative ion sources and the physical and technological consideration of the design of the negative ion sources are given.
高電流負イオン源の開発は、核融合研究、特に中性粒子ビーム入射への応用を目的として精力的に継続されている。近年、水素負イオン源の研究開発は急速な進展を遂げている。磁気フィルター型多極プラズマ源にセシウムを添加することにより、負イオンビーム電流は飛躍的に増大した。その結果、エネルギー120 keVにおいて16 Aを超える負イオンビーム電流が得られている。過去10年間の負イオン源に関する研究に基づき、体積生成型多極負イオン源の設計原理はほぼ確立された。本稿では、高電流負イオン源の開発の現状を概説する。負イオン源の性能と特性について考察する。特に、低動作圧力、プラズマパラメータと引き出しビーム電流の関係、最適セシウム添加条件、負イオン源のビーム引き出し特性、および負イオンと同時に引き出される電子電流の抑制といった重要課題に焦点を当てる。最適条件は、負イオン源の物理的原理に基づいて考察され、負イオン源の物理的・工学的設計に関する指針が示される。