The five-year operation of the negative-ion-based neutral beam injector (N-NBI) system on the large helical device (LHD) is reviewed, and the prospects of negative-ion technology for applying it to future helical fusion reactors are discussed from these experiences. The N-NBI system was designed and constructed based on the results of R&D at NIFS. Using three beamlines, the total port-through injection power of 10.3 MW for 2 s has been achieved. Each beamline attained almost the same performance: ∼3.5 MW of the port-through power with the beam energy of ∼165 keV for hydrogen, which corresponds to the averaged negative ion current density of 25 mA cm−2 from each ion source. Recent modification of accelerators in one of the beamlines was very successful to increase beam energy up to 180 keV and port-through power, 4.4 MW. Long pulse injection heating was also pursued under the steady state LHD operation, and 110 s for 0.1 MW by one ion source, and 80 s for 0.5 MW by two ion sources (one beamline) were achieved. These facts show that the negative ion technology has been established to the same power level of conventional positive ion systems. Several technical improvements needed for obtaining these successful results are described, and the problems that limit the present performance are clarified. Some results of recent R&D to solve these problems are shown.
大型ヘリカル装置（LHD）における負イオン源中性粒子ビーム入射（N-NBI）システムの5年間の運転について概説し、これらの経験から将来のヘリカル核融合炉への負イオン技術の適用の見通しについて考察する。N-NBIシステムは、NIFSにおける研究開発の結果に基づいて設計・建設された。3本のビームラインを用いて、2秒間で合計10.3 MWのポート通過パワーを達成した。各ビームラインはほぼ同等の性能を達成した：水素で約165 keVのビームエネルギーにおいて約3.5 MWのポート通過パワーであり、これは各イオン源から平均負イオン電流密度25 mA cm⁻²に相当する。最近のビームラインの一つにおける加速器の改良により、ビームエネルギーを180 keVまで、ポート通過パワーを4.4 MWまで増加させることに非常に成功した。また、定常状態のLHD運転下での長時間パルス入射加熱も追求され、1基のイオン源による0.1 MWで110秒、2基のイオン源（1本のビームライン）による0.5 MWで80秒を達成した。これらの事実は、負イオン技術が従来の正イオンシステムと同等の電力レベルで確立されたことを示している。これらの成功した結果を得るために必要であったいくつかの技術的改良について述べ、現在の性能を制限する問題点を明らかにする。これらの問題を解決するための最近の研究開発のいくつかの結果を示す。