Neutral beam injection (NBI) for plasma heating and current drive is necessary for International Thermonuclear Experimental reactor (ITER) tokamak. Due to its various advantages, a radio frequency (RF) driven plasma source type was selected as a reference ion source for the ITER heating NBI. The ITER relevant RF negative ion sources are inductively coupled (IC) devices whose operational working frequency has been chosen to be 1 MHz and are characterized by high RF power density (∼9.4 W cm−3) and low operational pressure (around 0.3 Pa). The RF field is produced by a coil in a cylindrical chamber leading to a plasma generation followed by its expansion inside the chamber. This paper recalls different concepts based on which a methodology is developed to evaluate the efficiency of the RF power transfer to hydrogen plasma. This efficiency is then analyzed as a function of the working frequency and in dependence of other operating source and plasma parameters. The study is applied to a high power IC RF hydrogen ion source which is similar to one simplified driver of the ELISE source (half the size of the ITER NBI source).
中性粒子ビーム入射（NBI）は、国際熱核融合実験炉（ITER）トカマクのプラズマ加熱および電流駆動に必要である。その多様な利点から、高周波（RF）駆動プラズマ源がITER加熱NBIの参照イオン源として選定された。ITER関連のRF負イオン源は、動作周波数が1 MHzに選定された誘導結合（IC）型装置であり、高いRFパワー密度（約9.4 W cm⁻³）と低い動作圧力（約0.3 Pa）を特徴とする。RF場は円筒形チャンバー内のコイルによって生成され、チャンバー内でのプラズマ生成とそれに続く膨張をもたらす。本論文では、水素プラズマへのRFパワー伝達効率を評価するための方法論が開発される基盤となる様々な概念を再検討する。この効率は、その後、動作周波数の関数として、ならびに他の動作条件およびプラズマパラメータへの依存性として解析される。本研究は、ELISE源（ITER NBI源の半分のサイズ）の簡略化されたものと類似した、高出力RF水素イオン源に適用される。