The radio frequency (RF) negative hydrogen ion source is employed in neutral beam injection (NBI) system for magnetic confined fusion devices. To satisfy the required beam current of negative hydrogen ions in NBI for fusion, the surface production on the plasma grid (PG) surface is introduced to increase the amount of negative hydrogen ions. In this paper, a 2D fluid model is established, including volume production and surface production of negative hydrogen ions. This work focuses on the spatial distributions of negative hydrogen ions with different gas pressures, PG bias potentials, magnetic filter filed (MFF) positions and RF powers. The results show that the density of negative hydrogen ions is enhanced by the surface production. As the gas pressure increases, the increase in the negative hydrogen ion density is dominated by the increase in the conversion of neutral hydrogen atoms at the PG surface. As the bias potential increases, the distribution of negative hydrogen ions is slightly shifted towards the PG due to the reduction of electric field near the PG. As the MFF position shifts towards the PG, the increase in the negative hydrogen ion density is dominated by the increase in the conversion of positive hydrogen ions at the PG surface. Moreover, the negative hydrogen ion density increases with the increased RF power, which is dominated by the increase in the conversion of positive hydrogen ions at the PG surface. The model facilitates the understanding of the negative hydrogen ion distribution and the optimization of negative hydrogen ion production.
高周波（RF）負水素イオン源は、磁場閉じ込め核融合装置のための中性粒子ビーム入射（NBI）システムにおいて使用されている。核融合用NBIにおいて必要な負水素イオンのビーム電流を満たすために、負水素イオンの量を増やすためのプラズマグリッド（PG）表面での表面生成が導入されている。本論文では、負水素イオンの体積生成と表面生成を含む2次元流体モデルを構築した。この研究は、異なるガス圧、PGバイアス電位、磁気フィルター磁場（MFF）位置、およびRF出力における負水素イオンの空間分布に焦点を当てている。結果は、負水素イオン密度が表面生成によって増強されることを示している。ガス圧が増加するにつれて、負水素イオン密度の増加は、PG表面での水素中性原子の変換の増加によって支配される。バイアス電位が増加するにつれて、PG近傍の電場の減少により、負水素イオンの分布はPG側へわずかにシフトする。MFF位置がPG側へシフトするにつれて、負水素イオン密度の増加は、PG表面での水素陽イオンの変換の増加によって支配される。さらに、負水素イオン密度はRF出力の増加とともに増加し、これはPG表面での水素陽イオンの変換の増加によって支配される。このモデルは、負水素イオン分布の理解と負水素イオン生成の最適化を容易にする。