The ITER Neutral Beam Test Facility (PRIMA) is planned to be built at Consorzio RFX (Padova, Italy). PRIMA includes two experimental devices: a full size ion source with low voltage extraction called SPIDER and a full size neutral beam injector at full beam power called MITICA. SPIDER is the first experimental device to be built and operated, aiming at testing the extraction of a negative ion beam (made of H− and in a later stage D− ions) from an ITER size ion source. The main requirements of this experiment are a H−/D− extracted current density larger than 355/285 A m−2, an energy of 100 keV and a pulse duration of up to 3600 s.Several analytical and numerical codes have been used for the design optimization process, some of which are commercial codes, while some others were developed ad hoc. The codes are used to simulate the electrical fields (SLACCAD, BYPO, OPERA), the magnetic fields (OPERA, ANSYS, COMSOL, PERMAG), the beam aiming (OPERA, IRES), the pressure inside the accelerator (CONDUCT, STRIP), the stripping reactions and transmitted/dumped power (EAMCC), the operating temperature, stress and deformations (ALIGN, ANSYS) and the heat loads on the electron dump (ED) (EDAC, BACKSCAT).An integrated approach, taking into consideration at the same time physics and engineering aspects, has been adopted all along the design process. Particular care has been taken in investigating the many interactions between physics and engineering aspects of the experiment. According to the 'robust design' philosophy, a comprehensive set of sensitivity analyses was performed, in order to investigate the influence of the design choices on the most relevant operating parameters.The design of the SPIDER accelerator, here described, has been developed in order to satisfy with reasonable margin all the requirements given by ITER, from the physics and engineering points of view. In particular, a new approach to the compensation of unwanted beam deflections inside the accelerator and a new concept for the ED have been introduced.
ITER中性粒子ビーム試験施設（PRIMA）は、イタリアのコンソルツィオRFX（パドヴァ）に建設される予定である。PRIMAには、SPIDERと呼ばれる低電圧引き出しを備えた実規模イオン源と、MITICAと呼ばれる全ビーム出力での実規模中性粒子ビーム入射器という2つの実験装置が含まれる。SPIDERは、ITER規模のイオン源から負イオンビーム（水素負イオン、後の段階では重水素負イオン）の引き出しを試験することを目的として、最初に建設・運転される実験装置である。本実験の主な要件は、355/285 A m⁻²を超える水素/重水素負イオンの引き出し電流密度、100 keVのエネルギー、および最大3600秒のパルス持続時間である。設計最適化プロセスには、いくつかの解析コードおよび数値コードが使用されており、その一部は商用コードであり、他の一部は特別に開発されたものである。これらのコードは、電界（SLACCAD、BYPO、OPERA）、磁界（OPERA、ANSYS、COMSOL、PERMAG）、ビームの集束・偏向（OPERA、IRES）、加速器内の圧力（CONDUCT、STRIP）、ストリッピング損失および損失電力（EAMCC）、動作温度、応力および変形（ALIGN、ANSYS）、ならびに電子ダンプ（ED）への熱負荷（EDAC、BACKSCAT）のシミュレーションに使用される。設計プロセス全体を通じて、物理的側面と工学的側面を同時に考慮した統合的アプローチが採用されている。実験の物理的側面と工学的側面の間の多くの相互作用の調査に特に注意が払われている。「ロバスト設計」の考え方に従い、設計選択が最も関連する運転パラメータに与える影響を調査するために、包括的な感度解析が実施された。ここで説明するSPIDER加速器の設計は、物理的および工学的観点から、ITERによって与えられるすべての要件を十分な余裕をもって満たすように開発された。特に、加速器内の不要なビーム偏向を補償するための新しいアプローチと、電子ダンプ（ED）の新しいコンセプトが導入されている。