A new generation of neutral beam systems will be required in future fusion reactors, such as DEMO, able to deliver high power (up to 50 MW) with high (800 keV or higher) neutral energy. Only negative ion beams may be able to attain this performance, which has encouraged a strong research focus on negative ion production from both surface and volumetric plasma sources. A novel helicon plasma source, based on the resonant birdcage network antenna configuration, is currently under study at the Swiss Plasma Centre before installation on the Cybele negative ion source at the Institute for Magnetic Fusion Research, CEA, Cadarache, France. This source is driven by up to 10 kW at 13.56 MHz, and is being tested on a linear resonant antenna ion device. Passive spectroscopic measurements of the first three Balmer lines α, β and γ and of the Fulcher-α bands were performed with an f/2 spectrometer, for both hydrogen and deuterium. Multiple viewing lines and an absolute intensity calibration were used to determine the plasma radiance profile, with a spatial resolution <3 mm. A minimum Fisher regularization algorithm was applied to obtain the absolute emissivity profile for each emission line for cylindrical symmetry, which was experimentally confirmed. An uncertainty estimate of the inverted profiles was performed using a Monte Carlo approach. Finally, a radiofrequency-compensated Langmuir probe was inserted to measured the electron temperature and density profiles. The absolute line emissivities are interpreted using the collisional–radiative code YACORA which estimates the degree of dissociation and the distribution of the atomic and molecular species, including the negative ion density. This paper reports the results of a power scan up to 5 kW in conditions satisfying Cybele requirements for the plasma source, namely a low neutral pressure, Pa and magnetic field G.
将来の核融合炉（例えばDEMO）においては、高出力（最大50 MW）かつ高エネルギー（800 keV以上）の中性粒子ビームを供給できる新世代のビームシステムが必要となる。この性能を達成し得るのは負イオンビームのみであり、そのため表面プラズマ源および体積プラズマ源の両方における負イオン生成に関する研究が強く推進されている。フランス・カダラッシュのCEA磁気核融合研究所に設置されているCybele負イオン源への適用を視野に入れ、スイス・プラズマセンターでは、共振バードケージアンテナ構成に基づく新規のヘリコン波プラズマ源の研究が現在進められている。本プラズマ源は13.56 MHzで最大10 kWの高周波電力により駆動され、直線状の共振アンテナイオン装置において試験が行われている。水素および重水素の双方について、f/2分光器を用いてバルマー系列のα、β、γの3本の輝線とフルチャーα帯のパッシブ分光計測を実施した。複数の視線にわたる計測と絶対強度較正により、空間分解能3 mm未満でプラズマ発光強度分布を決定した。円筒対称性を仮定し、最小フィッシャー正則化アルゴリズムを適用して各発光線の絶対発光率分布を再構成し、その結果は実験的に検証された。再構成された分布の不確かさ評価はモンテカルロ法により行われた。さらに、高周波補償型ラングミュアプローブを挿入し、電子温度および電子密度分布を測定した。絶対発光率の測定値は、衝突・放射コードYACORAを用いて解釈され、解離度ならびに原子・分子種の空間分布（負イオン密度を含む）が推定された。本論文では、Cybeleプラズマ源の要件を満たす条件、すなわち低中性ガス圧（ Pa）および磁場（ G）の下で、最大5 kWまでの投入電力スキャンを行った結果について報告する。