The transport of protons in a RF-driven negative hydrogen ion source for ITER NBI was investigated by means of a 3D Monte Carlo transport code. As input for the code a consistent axial profile of the electrostatic potential for the complete ion source was constructed. The potential difference between the plasma generation volume and the plasma grid is in the range 10–20 V and depends on the RF power, the filling pressure and the plasma grid bias voltage. The mean free path for proton collisions with the background gas is in the range of several centimeters which means that the protons are noticeably decelerated and scattered. The velocity distribution function of the protons impinging the plasma grid resembles much more a low-temperature Maxwell distribution function than the high energetic proton beam which would be expected by looking only at the maximum value of the potential in the plasma generation volume. This finding is of high relevance for further analysis of the negative hydrogen ion production on the plasma grid surface as well as the ion transport and beam formation.
ITER NBI用のRF駆動負水素イオン源における陽子の輸送を、3次元モンテカルロ輸送コードを用いて調査した。コードへの入力として、イオン源全体の静電ポテンシャルの一貫した軸方向プロファイルを構築した。プラズマ生成領域とプラズマグリッド間の電位差は10〜20 Vの範囲にあり、RFパワー、充填圧力、およびプラズマグリッドバイアス電圧に依存する。陽子と背景ガスとの衝突の平均自由行程は数センチメートルの範囲にあり、これは陽子が顕著に減速され散乱されることを意味する。プラズマグリッドに到達する陽子の速度分布関数は、プラズマ生成領域のポテンシャルの最大値のみに着目した場合に予想される高エネルギーの陽子ビームというよりも、低温のマクスウェル分布関数にかなり近い。この発見は、プラズマグリッド表面での負水素イオン生成、ならびにイオン輸送とビーム形成のさらなる解析にとって高い関連性を持つ。