Plasma accumulation (without energy losses) in a device in which energetic ions are injected and trapped has been discussed by Simon [J. Nuclear Energy C 1 (1960) 215]. Simon has presented a general steady-state theory for devices, such as the OGRA device, where trapping is initiated by interactions with background gas. For such devices there is usually a critical input current or critical plasma density (a function of input current) above which plasma density builds up to a value limited by Coulomb scattering losses. For a specific regime of operation (600-keV hydrogen molecular ion injection and dissociation, highly efficient ion-pumping action of the trapped plasma), simple approximate formulas are derived which describe the critical current or density for plasma build-up. Second-approximation formulas are derived which describe with about 10 % error the overlapping segments of the density versus current curve for a broad range of parameters.The analysis is then applied to a system in which the initial trapping is accomplished by a Luce carbon arc, e.g. DCX-2. Two new aspects emerge: (1) if the arc is turned off slowly or if an arc of lower density is used, then the critical current for plasma build-up with arc is nearly an order of magnitude less than previously estimated; and (2) the critical arc density, below which plasma build-up occurs after the arc is removed, is sufficiently low that energy losses to fixed-temperature arc electrons are not significant.The time-dependence of plasma build-up, certain aspects of the impurity problem, and electron heating effects are also considered. Numerical examples are given for OGRA and DCX-2.
高エネルギーイオンが注入され捕捉される装置における（エネルギー損失のない）プラズマ蓄積は、Simon [J. Nuclear Energy C 1 (1960) 215] によって論じられた。Simon は、OGRA 装置のような、捕捉が背景ガスとの相互作用によって開始される装置に対する一般的な定常状態理論を提示した。そのような装置では、通常、臨界入力電流または臨界プラズマ密度（入力電流の関数）が存在し、それを超えるとプラズマ密度はクーロン散乱損失によって制限される値まで上昇する。特定の運転領域（600 keV の水素分子イオン注入と解離、捕捉プラズマの高効率イオンポンプ作用）に対して、プラズマ蓄積のための臨界電流または密度を記述する簡単な近似式が導出される。二次近似式は、広範囲のパラメータに対して、密度-電流曲線の重なり合う部分を約10%の誤差で記述するように導出される。この解析は、初期捕捉がルース炭素アーク（例えば DCX-2）によって達成される系に適用される。2つの新しい側面が現れる：(1) アークをゆっくりとオフにするか、またはより低密度のアークを使用する場合、アークを用いたプラズマ蓄積の臨界電流は、以前の推定よりもほぼ一桁小さくなる；(2) アークが除去された後にプラズマ蓄積が起こる臨界アーク密度は、十分に低く、一定温度のアーク電子へのエネルギー損失が重要ではない。プラズマ蓄積の時間依存性、不純物問題の特定の側面、および電子加熱効果も考慮される。数値例は OGRA と DCX-2 に対して与えられる。