A versatile negative hydrogen ion source named NIO1 of a moderate size (130 mA total extracted H− current, 9 apertures, 60 kV total acceleration) has been developed and installed at Consorzio RFX. It will allow great experimental flexibility, very beneficial for studying several important issues related to beam extraction, optics and performance optimization, in view of SPIDER and MITICA, the two full-scale experiments for the ITER neutral beam injector under construction at RFX. The main target of emission tomography applied to an ion beam is the reconstruction of the emissivity profile, from which the ion density distribution can be obtained. The measurement of the beam density profile and of its uniformity throughout the pulse duration with a non-invasive diagnostic, such as tomography, would represent an effective method for monitoring the ion source operation and for malfunction detection. The application of this diagnostic to the NIO1 beam will represent the experimental verification of the possibility to reconstruct a multi-beamlet profile, in the interest of the next tomography systems for SPIDER and MITICA. In this paper, a feasibility study of the tomographic diagnostic for NIO1 is presented. A tomography code based on algebraic reconstruction techniques has been developed for this purpose and the transport of the nine H− beamlets is simulated with a Monte Carlo particle tracking code from the ion source to the tomography plane, where the beam emissivity profile to be reconstructed is calculated. The reference emissivity profile is reconstructed by the tomography code considering different possible layouts of the detection system, in order to find the best compromise between the quality of reconstructions and the complexity of the diagnostic. Results show that a tomography system based on six linear CCD cameras should be capable of reconstructing the NIO1 emissivity profile with an rms error lower than 10%. How instrumental noise in the integrated signals affects the reconstructed beam emissivity profiles is also studied. A simple low-pass filter is found effective if the noise level is less than 10%; otherwise a more sophisticated filtering technique must be considered.
多用途負水素イオン源NIO1（中型サイズ、全引き出し電流130 mA、9個のアパーチャ、全加速電圧60 kV）がConsorzio RFXに開発・設置された。本装置は、RFXで建設中のITER中性粒子入射装置用の2つの実規模実験装置であるSPIDERおよびMITICAを視野に入れ、ビーム引き出し、光学特性、性能最適化に関連するいくつかの重要な課題の研究に極めて有益な、高い実験的柔軟性を提供する。イオンビームへの発光トモグラフィー適用の主たる目標は、発光率プロファイルの再構成であり、これによりイオン密度分布が得られる。トモグラフィーなどの非侵襲的诊断法によるビーム密度プロファイルとパルス全体にわたる均一性の測定は、イオン源の動作監視および故障検出のための効果的な手法となろう。本診断法のNIO1ビームへの適用は、SPIDERおよびMITICAのための次期トモグラフィーシステムに関連して、マルチビームレットプロファイル再構成の可能性の実験的検証となる。本論文では、NIO1用トモグラフィー診断の実現可能性調査を提示する。この目的のため、代数再構成法に基づくトモグラフィーコードが開発され、イオン源からトモグラフィー面までの9本のH⁻ビームレットの輸送がモンテカルロ粒子追跡コードによりシミュレーションされ、再構成対象となるビーム発光率プロファイルが計算された。基準発光率プロファイルは、検出システムの異なる可能な配置を考慮してトモグラフィーコードにより再構成され、再構成品質と診断の複雑さの間の最適な妥協点が求められた。結果は、6台のリニアCCDカメラに基づくトモグラフィーシステムが、NIO1の発光率プロファイルをRMS誤差10%未満で再構成可能であることを示している。統合ノイズが再構成されたビーム発光率プロファイルに及ぼす影響も検討された。ノイズレベルが10%未満の場合、単純なローパスフィルタが効果的であることが判明したが、それ以上のノイズレベルでは、より高度なフィルタリング手法を検討する必要がある。