In order to fulfil the ITER requirements, the negative hydrogen ion source used for NBI has to deliver a high source performance, i.e. a high extracted negative ion current and simultaneously a low co-extracted electron current over a pulse length up to 1 h. Negative ions will be generated by the surface process in a low-temperature low-pressure hydrogen or deuterium plasma. Therefore, a certain amount of caesium has to be deposited on the plasma grid in order to obtain a low surface work function and consequently a high negative ion production yield. This caesium is re-distributed by the influence of the plasma, resulting in temporal instabilities of the extracted negative ion current and the co-extracted electrons over long pulses. This paper describes experiments performed in hydrogen operation at the half-ITER-size NNBI test facility ELISE in order to develop a caesium conditioning technique for more stable long pulses at an ITER relevant filling pressure of 0.3 Pa. A significant improvement of the long pulse stability is achieved. Together with different plasma diagnostics it is demonstrated that this improvement is correlated to the interplay of very small variations of parameters like the electrostatic potential and the particle densities close to the extraction system.
ITER要件を満たすために、NBIに使用される負水素イオン源は、高いソース性能、すなわち高い引き出し負イオン電流と同時に低い同時引き出し電子電流を、最大1時間のパルス長にわたって供給しなければならない。負イオンは低温・低圧の水素または重水素プラズマ中の表面プロセスによって生成される。したがって、低い表面仕事関数とそれに伴う高い負イオン生成収量を得るためには、一定量のセシウムをプラズマグリッド上に堆積させる必要がある。このセシウムはプラズマの影響によって再分布され、その結果、長パルスにわたって引き出し負イオン電流と同時引き出し電子の時間的不安定性が生じる。本論文では、ITER関連の充填圧力0.3 Paにおけるより安定した長パルスのためのセシウムコンディショニング技術を開発するために、半ITERサイズのNNBI試験施設ELISEで水素運転中に実施された実験について述べる。長パルス安定性の大幅な改善が達成された。さまざまなプラズマ診断とともに、この改善が引き出し系近傍の静電ポテンシャルや粒子密度などのパラメータの非常に小さな変動の相互作用と相関していることが実証された。