The negative ion based neutral beam injection is a desirable plasma heating and current drive method for the large-scale magnetic fusion devices. Due to the strict requirements and difficult development of the negative ion source for fusion, a long-pulse negative ion source has been developed under the framework of the Comprehensive Research Facility for Fusion Technology in China. This negative ion source consists of a single radio frequency (RF) driver plasma source and a three-electrode accelerator. The typical extraction and acceleration voltage are 4–8 kV and 40–50 kV, respectively. During one shot of the long-pulse (∼100 s) beam extraction, the gas pressure in the vacuum vessel increased sharply and the temperature of the cryopump rise from 8 K to 20 K. Moreover, the vessel wall appeared a high temperature after several long-pulse shots. A self-consistent simulation of beam-gas interaction revealed that the heat loads on the vessel wall should be caused by the stray electrons ejecting from the accelerator. Those stray electrons are mainly generated via the stripping or ionization collisions and strongly deflected by the downstream side of the deflection magnetic field for the co-extracted electron. The location of hot spots measured by infrared thermography is consistent with the simulation results. To solve this problem, a series of electron dumps are designed to avoid the direct impinging of the ejecting electrons on the cryopump and the vessel wall. And the results suggest that the hot spots are almost eliminated.
負イオン方式の中性粒子ビーム入射は、大型磁場核融合装置にとって望ましいプラズマ加熱・電流駆動手法である。核融合用負イオン源の厳しい要件と困難な開発のため、中国の核融合技術総合研究施設の枠組みの下で長パルス負イオン源が開発された。この負イオン源は、単一の高周波（RF）駆動プラズマ源と三電極加速器で構成される。典型的な引き出し電圧と加速電圧は、それぞれ4–8 kVおよび40–50 kVである。長パルス（∼100 s）ビーム引き出しの1回のショット中に、真空容器内のガス圧力は急激に上昇し、クライオポンプの温度は8 Kから20 Kに上昇した。さらに、数回の長パルスショットの後、容器壁は高温になった。ビームとガスの相互作用の自己無撞着シミュレーションにより、容器壁への熱負荷は、加速器から放出される迷走電子に起因することが明らかになった。これらの迷走電子は、主にストリッピングまたは電離衝突によって生成され、共引き出し電子用の偏向磁場の下流側によって強く偏向される。赤外線サーモモグラフィーによって測定されたホットスポットの位置は、シミュレーション結果と一致している。この問題を解決するため、放出電子がクライオポンプと容器壁に直接衝突するのを防ぐ、一連の電子ダンプが設計された。そして、結果はホットスポットがほぼ解消されたことを示唆している。