Plasma neutralisers promise increased neutralisation efficiency of negative ion beams in neutral beam injection (NBI) beamlines compared with gas neutralisers. It has been suggested that, in the presence of an electron-confining magnetic cusp field along all neutraliser walls, the beam itself could ionise the neutraliser gas sufficiently to take advantage of this effect, avoiding the added complexity of external power coupling to the neutraliser. These predictions come from a zero-dimensional model by Surrey and Holmes (2013 AIP Conf. Proc.1515 532) and Turner and Holmes (2019 Fusion Eng. Des.149 111327). We have revisited and modified this model by introducing slowing-down energy distributions for stripped and Rudd electrons, including electron impact dissociation as an electron energy loss channel and taking into account dissociative recombination of molecular ions with electrons. Including the latter effect reduces the predicted plasma density by about a factor of four and the achievable neutralisation yield from to 68% in the case of a negative deuterium ion beam with an energy of 1 MeV and a current of 40 A. With this revised model we estimate the expected performance of potential beam-driven plasma neutralisers (BDPN) on a variety of existing negative ion beam test facilities for NBI. Based on these results, we conclude that the most suitable proof-of-principle experiment would be a dedicated chamber, ideally of the same dimensions and with the same magnetic cusp configuration as a BDPN for the DEMO NBI, in which the plasma is not created primarily by the fast electrons stripped from the beam ions, but by electrons of similar current and energy emitted from biased filaments.
プラズマ中性化装置は、ガス中性化装置と比較して、中性粒子入射（NBI）ビームラインにおける負イオンビームの中和効率の向上をもたらす可能性がある。すべての中性化装置壁に沿って電子閉じ込め用の磁気カスプ磁場が存在する場合、ビーム自体が中性化装置ガスを十分に電離させ、この効果を活用できる可能性があることが示唆されている。これにより、外部からの電力結合という付加的な複雑さを回避できる。これらの予測は、SurreyおよびHolmesによる零次元モデル（2013 AIP Conf. Proc.1515 532）およびTurnerとHolmes（2019 Fusion Eng. Des.149 111327）に基づくものである。我々は、剥離電子およびRudd電子に対する減速エネルギー分布を導入し、電子エネルギー損失チャネルとしての電子衝突解離を含め、さらに分子イオンと電子との解離性再結合を考慮に入れることにより、このモデルを再検討し修正した。後者の効果を含めることで、予測されるプラズマ密度は約4分の1に減少し、エネルギー1 MeV、電流40 Aの負重水素イオンビームの場合、達成可能な中和収率は68%に減少する。この修正モデルを用いて、NBI用の既存のさまざまな負イオンビーム試験施設における、潜在的なビーム駆動プラズマ中性化装置（BDPN）の期待性能を評価した。これらの結果に基づき、最も適切な原理実証実験は専用チャンバーであり、理想的にはDEMO NBI用のBDPNと同じ寸法および同じ磁気カスプ構成を有し、その中でプラズマが主としてビームから剥離した高速電子によって生成されるのではなく、バイアスされたフィラメントから放出される同様の電流およびエネルギーの電子によって生成されるものであると結論付ける。