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Beam optics of RF ion sources in view of ITER's NBI systems

N. den Harder, M. Barnes, B. Heinemann, M. Lindqvist, R. Nocentini, G. Orozco, C. Wimmer, D. Wünderlich, U. Fantz, P. Veltri2024年7月Nuclear FusionIF 3出版社

A low beamlet divergence is crucial for the efficiency of the ITER-NBI systems, since it affects the transmission of the beam through the duct. There is a requirement of 7 mrad e-folding divergence for the ITER Heating Neutral Beam. Significantly higher divergences (10–15 mrad) have been observed in RF-source based experiments albeit at low beam energy. This could be the consequence of a broad perpendicular velocity distribution of the H−/D− particles before extraction. This paper explores this hypothesis and its implications for ITER. To estimate H−/D− perpendicular temperatures in the RF-driven BATMAN Upgrade test facility, spatially resolved measurements of the beam power density are compared with IBSimu calculations. The estimated perpendicular temperatures show a strong dependence on the source filling pressure, decreasing from approximately 4 eV at 0.3 Pa to 2 eV at 0.4 Pa. Ion-optics calculations of the ITER-HNB grid system are performed to evaluate whether the temperatures estimated in the BATMAN Upgrade test facility are tolerable in view of beam-grid interaction and beamline transmission. The beamline transmission is fairly insensitive to the perpendicular temperature, but the heat loads at the downstream grids increase with the perpendicular temperature.

日本語訳

低いビームレット発散は、ダクトを通るビームの透過に影響を与えるため、ITER-NBIシステムの効率にとって極めて重要である。ITER加熱中性ビームには、7 mradのe-folding発散という要件がある。有意に高い発散(10~15 mrad)が、低ビームエネルギーではあるが、RF源を用いた実験で観測されている。これは、引き出し前のH−/D−粒子の広い垂直速度分布の結果である可能性がある。本論文は、この仮説とそのITERへの影響を考察する。RF駆動のBATMAN Upgrade試験施設におけるH−/D−の垂直温度を推定するため、ビーム出力密度の空間分解測定をIBSimu計算と比較する。推定された垂直温度は、ソース充填圧力に強く依存し、0.3 Paで約4 eVから0.4 Paで2 eVへと減少する。ITER-HNBグリッドシステムのイオン光学計算を実施し、BATMAN Upgrade試験施設で推定された温度が、ビーム・グリッド相互作用およびビームライン透過の観点から許容可能かどうかを評価する。ビームライン透過は垂直温度に対してほぼ鈍感であるが、下流グリッドでの熱負荷は垂直温度とともに増加する。

装置

iter高精度(タイトル一致)

wiki

ITERNeutral beam injectionIon source

AIによる論文要約

RFイオン源のビーム光学 - ITERの中性粒子入射システムの観点から
JAこの論文は、ITER中性粒子入射システムの設計や性能評価に携わる研究者や技術者に有用です。また、プラズマ物理やイオン光学の基礎を学ぶ学生にも興味深いでしょう。#ITER #NBI #IonSource #BeamOptics #PlasmaPhysics

この論文は、ITER中性粒子入射システムの効率に重要な低ビームレット発散角について研究しています。RF源ベースの実験では高い発散角が観測されていますが、これはH-/D-粒子の垂直速度分布の広がりが原因と考えられています。実験データとシミュレーションを比較し、圧力依存性のある垂直温度を推定しています。これらの結果を踏まえ、ITERビームラインの伝送効率や下流グリッドへの熱負荷について検討しています。

Beam optics of RF ion sources in view of ITER's NBI systems
ENThis paper is of interest to fusion researchers and engineers working on the development of ITER's NBI systems, as it provides insights into the beam optics and the impact of ion source parameters on the overall system performance.#FusionResearch #ITER #NeutralBeamInjection #IonSources #BeamOptics

This paper investigates the beam divergence of RF-driven ion sources, which is crucial for the efficiency of ITER's Neutral Beam Injection (NBI) systems. It explores the relationship between the perpendicular velocity distribution of H-/D- particles and the observed high beam divergence, and evaluates the impact on the ITER-HNB grid system.

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