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Insights into stripping losses of negative ions in an ITER-like pre-acceleration system

A Navarro, M Barnes, N den Harder, D Wünderlich, U Fantz2025年1月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The ELISE test facility at IPP Garching hosts an RF-driven negative hydrogen ion source and extraction and acceleration system. Its target is to demonstrate the performance foreseen for the ITER neutral beam injection (NBI) system in terms of extracted current density (329 A m−2 in hydrogen, 286 A m−2 in deuterium), electron-ion-ratio (1) and pulse length (up to 3600 s in deuterium and 1000 s in hydrogen). NBI systems are compromised by a process commonly known as stripping losses (neutralization of negative ions before they achieve full acceleration). According to theoretical estimations, for a source filling pressure of Pa, 29% of the extracted ions are lost by stripping in the ITER full-scale NBI system. Experimentally, stripping losses are monitored using Beam Emission Spectroscopy (BES). Previous experimental measurements of the stripping losses at ELISE yielded values around 1.7%, which were much lower than the 10% predicted for the pre-accelerator system. The notable difference has sparked concern about the conventional interpretation of the BES experimental measurements used at IPP. The Bavarian Beam Code for Negative Ions (BBCNI) is a full 3D particle tracking code that can also produce synthetic BES spectra. BBCNI is used to evaluate how accurately different analysis techniques determine the stripping losses from the BES. This is achieved by comparing the results with the total simulated count of stripping losses. The analysis method that produces the most accurate results is identified and then systematically applied to evaluate ELISE's data from various experimental campaigns. For a nominal source filling pressure Pa an average of 5.8% is measured experimentally when evaluating the data with this method. Although higher than previously determined with BES, stripping losses are still smaller than predicted values. This may open the option to increase the filling pressure in the source as a means to facilitate achieving the targeted ITER conditions.

日本語訳

IPPガルヒングのELISE試験施設は、RF駆動の負水素イオン源と引出・加速システムを備えている。その目標は、引出電流密度(水素中329 A m−2、重水素中286 A m−2)、電子・イオン比(1)、パルス長(重水素中最大3600 s、水素中最大1000 s)に関して、ITER中性粒子入射(NBI)システムに予定されている性能を実証することである。NBIシステムは、一般にストリッピング損失(負イオンが完全な加速に達する前に中和されること)として知られるプロセスによって損なわれる。理論的推定によると、ソース充填圧力が Pa の場合、ITER実規模NBIシステムでは、引出されたイオンの29%がストリッピングによって失われる。実験的には、ストリッピング損失はビーム放射分光法(BES)を用いて監視される。ELISEでのこれまでのストリッピング損失の実験的測定では、約1.7%の値が得られており、これは前加速器システムに対して予測された10%よりもはるかに低かった。この顕著な差異は、IPPで使用されているBES実験測定の従来の解釈について懸念を引き起こした。負イオン用ババリアンビームコード(BBCNI)は完全3次元粒子追跡コードであり、合成BESスペクトルも生成できる。BBCNIは、異なる解析手法がBESからストリッピング損失をどの程度正確に決定するかを評価するために使用される。これは、結果をストリッピング損失の総シミュレーション数と比較することによって達成される。最も正確な結果をもたらす解析手法が特定され、その後、様々な実験キャンペーンからのELISEデータを評価するために系統的に適用される。公称ソース充填圧力 Pa の場合、この方法でデータを評価すると、実験的に平均5.8%が測定される。以前にBESで決定された値よりは高いが、ストリッピング損失は依然として予測値よりも小さい。これは、目標とするITER条件の達成を容易にする手段として、ソースの充填圧力を上げる選択肢を開く可能性がある。

装置

iter高精度(タイトル一致)

wiki

ITERNegative ion

AIによる論文要約

ITER型の前加速システムにおける負イオンのストリッピング損失に関する洞察
JAこの論文は、核融合分野の研究者や技術者、特にITER中性粒子ビーム入射システムの開発に携わる人々に有益です。負イオンビームの振る舞いや損失プロセスの理解を深めることで、より効率的なシステム設計に役立つでしょう。#ITERNBIシステム #ストリッピング損失 #負イオンビーム #ビームエミッション分光
LLM向け: {'Title': 'ITER型の前加速システムにおける負イオンのストリッピング損失に関する洞察', 'Author(s)': 'IPP Garching', …

この論文は、ELISE試験施設におけるRF駆動型の負水素イオン源と抽出・加速システムの性能について報告しています。特に、ビームエミッション分光(BES)を使ってストリッピング損失を測定し、シミュレーションコードBBCNIを用いて解析手法の精度を評価しています。その結果、従来の解析よりも高いストリッピング損失率(5.8%)が得られ、ITER条件の達成に向けた運転圧力の最適化の可能性を示唆しています。

Insights into stripping losses of negative ions in an ITER-like pre-acceleration system
ENThis paper should be read by fusion researchers and engineers working on negative ion-based neutral beam injection systems, as it provides valuable insights into the behavior of negative ions in these systems and the implications for achieving the targeted performance.#NegativeIons #NeutralBeamInjection #StrippingLosses #FusionEnergy
LLM向け: {'Title': 'Insights into stripping losses of negative ions in an ITER-like pre-a…

This paper investigates the stripping losses of negative hydrogen ions in an ITER-like pre-acceleration system. The researchers used a particle tracking code to evaluate the accuracy of different analysis techniques for measuring stripping losses, and found that the experimental stripping losses were lower than predicted, which could allow for higher source filling pressures.

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