The development of a suitable negative ion source constitutes a crucial step in the construction of the neutral beam injector of ITER. To fulfil the ITER requirements in terms of heating and current drive, the negative ion source should deliver 40 A of D−. The achievement of such a source constitutes a technical and scientific challenge, and it requires a deeper understanding of the underlying physics of the source. The present knowledge of the ion extraction mechanism from the negative ion source is limited. It constitutes a complex problem that involves understanding the behaviour of magnetized plasma sheaths when negative ions and electrons are pulled out from the plasma. Moreover, due to the asymmetry induced by the crossed magnetic configuration used to filter the electrons, any realistic study of this problem must consider the three spatial dimensions. To address this problem in a realistic way, a 3D particles-in-cell electrostatic code specifically designed for this system was developed. The code uses a Cartesian coordinate system and it can deal with complex boundary geometry as it is the case of the extraction apertures (Hemsworth et al2009 Nucl. Fusion49 045006). The complex magnetic field that is applied to deflect electrons is also taken into account. This code, called ONIX, was used to investigate the plasma properties and the transport of negative ions and electrons close to a source extraction aperture. Results in the collisionless approach on the formation of the plasma meniscus and the screening of the extraction field by the plasma are presented here, as well as negative ions trajectories. Negative ion extraction efficiency from volume and surfaces is discussed.
ITERの中性粒子ビーム入射装置の建設において、適切な負イオン源の開発は極めて重要な段階である。加熱と電流駆動に関するITERの要求を満たすためには、負イオン源が40 AのD⁻を供給する必要がある。このような線源の実現は技術的かつ科学的な課題であり、線源の基礎となる物理のより深い理解を必要とする。負イオン源からのイオン引き出し機構に関する現在の知識は限られている。これは、負イオンと電子がプラズマから引き出される際の磁化プラズマシースの挙動を理解することを含む複雑な問題である。さらに、電子を濾過するために用いられる交差磁場配置によって誘起される非対称性のため、この問題の現実的な研究は三次元空間を考慮しなければならない。この問題に現実的に対処するため、このシステムに特化して設計された3次元粒子セル法静電コードが開発された。このコードは直交座標系を使用し、引き出し電極開口部の場合のように複雑な境界形状を扱うことができる。電子を偏向させるために印加される複雑な磁場も考慮されている。ONIXと呼ばれるこのコードは、線源の引き出し開口部近傍におけるプラズマ特性と、負イオンおよび電子の輸送を調査するために使用された。無衝突アプローチによる結果として、プラズマメニスカスの形成と引き出し電界のプラズマによる遮蔽、ならびに負イオンの軌道が提示されている。体積生成および表面生成による負イオンの引き出し効率について議論されている。