The production of high energy neutral hydrogen/deuterium beams (0.87 MeV/1 MeV) with more than 90% uniformity and extremely low divergence (7 mrad) is highly challenging for the realisation of the ITER neutral beam injection system. The ITER prototype negative ion source, SPIDER (Source for the Production of Ions of Deuterium Extracted from Rf plasma), is in operation at the Neutral Beam Test Facility in Padua and it is equipped with a full set of diagnostics to study and investigate the beam properties. Among them, a system of 15 2D visible cameras, surrounding the vacuum vessel, is employed to measure the beam uniformity and divergence by detecting the light emitted from the beam-background gas interaction. In this paper, the beam divergence measured by these cameras is evaluated for the first time in the multi-beamlet configuration explored during the most recent SPIDER operation. The analysis is performed using the top-view and the side-view cameras, studying both the horizontal and vertical beam profiles through a 1D Gaussian fitting procedure, to estimate the width of the beamlet column or row aligned with the camera’s lines of sight. The divergence is then retrieved from the linear fit of the width measured at different positions along the beam propagation direction. The method is here presented and applied to the experimental data acquired with an open beam segment. The dependence of the divergence on the main source and accelerator parameters, namely the RF power, the source filling pressure, and the voltage of the accelerator grids, is investigated. The results are then compared with measurements of the divergence given by the other beam diagnostics available in SPIDER, showing good agreement and validating the use of the visible camera system for the beam optics characterisation in the multi-beamlet operation.
高エネルギー中性水素/重水素ビーム（0.87 MeV/1 MeV）を、90%以上の均一性と極めて低い発散度（7 mrad）で生成することは、ITER中性粒子ビーム入射システムの実現にとって非常に困難である。ITER原型負イオン源SPIDER（RFプラズマから抽出された重水素イオンの生成源）は、パドヴァの中性粒子ビーム試験施設で運転されており、ビーム特性を研究・調査するための完全な一式の診断装置を備えている。その中で、真空容器を取り囲む15台の2D可視カメラからなるシステムが、ビームと背景ガスの相互作用から放出される光を検出することにより、ビームの均一性と発散度を測定するために用いられている。本論文では、これらのカメラによって測定されたビーム発散度が、最近のSPIDER運転中に探査されたマルチビームレット構成において初めて評価される。解析は上面視カメラと側面視カメラを用いて行われ、1Dガウスフィッティング手順により水平および垂直ビームプロファイルの両方を調べ、カメラの視線に沿ったビームレットの列または行の幅を推定する。発散度は、ビーム伝播方向に沿った異なる位置で測定された幅の線形フィットから得られる。この手法はここで提示され、開放ビームセグメントで取得された実験データに適用される。発散度の主なソースおよび加速器パラメータ、すなわちRFパワー、ソース充填圧力、および加速器グリッドの電圧への依存性が調査される。結果は、SPIDERで利用可能な他のビーム診断装置によって得られた発散度の測定値と比較され、良好な一致を示し、マルチビームレット運転におけるビーム光学特性評価のための可視カメラシステムの使用を検証する。