Two types of direct energy converters, cusp direct energy converter (CUSPDEC) and travelling-wave (TW) DEC, used to produce electricity from thermal ions and fusion products in an advanced fuelled fusion, are investigated using small-scale devices. In CUSPDEC, magnetized electrons are deflected along the field lines of the cusp magnetic field to the line cusp region and collected by an electron collector, while weakly magnetized ions can traverse the separatrix and enter into the point cusp region. Thus, ions are separated from electrons, and flow into an ion collector to produce dc power. Efficiencies of energy conversion of separated ions with large thermal spread of energy are measured to be ∼55%. An additional lateral electrode, together with the existing collector, constitutes a two-stage ion collector that provides distributed ion-decelerating fields. From the measured voltage–current characteristics, the efficiency of this collector is estimated to be improved to 65–70%, which is consistent with the calculation. Fusion-produced fast ions enter into TWDEC and are velocity-modulated by RF fields, bunched and then decelerated by RF travelling-wave fields on the decelerator to produce RF power. The TWDEC device has shown that the energies of ions of 3–6 keV can be decreased by 10–15% for a one-wavelength decelerator. This would give a total efficiency of 60–70% for a full-length decelerator. A novel system is being investigated for further improvement, in which the incoming ions are deflected transversely, according to each energy, to form a fan-shaped beam and a distributed electrode array for modulation and deceleration generates travelling-waves appropriate to each ion path depending on the energy.
2種類の直接エネルギー変換器、すなわちカスプ直接エネルギー変換器（CUSPDEC）と進行波型直接エネルギー変換器（TW DEC）が、先進核融合炉において熱イオンおよび核融合生成物から電力を生成するために、小型装置を用いて研究されている。CUSPDECでは、磁化された電子はカスプ磁場の磁力線に沿って線カスプ領域へ偏向され、電子コレクタによって収集される一方、弱く磁化されたイオンはセパラトリックスを横断して点カスプ領域へ進入することができる。これにより、イオンは電子から分離され、イオンコレクタへ流入して直流電力を生成する。大きな熱的エネルギー広がりを持つ分離イオンのエネルギー変換効率は、約55%と測定された。追加の側方電極は、既存のコレクタとともに、分布したイオン減速電界を提供する2段イオンコレクタを構成する。測定された電圧-電流特性から、このコレクタの効率は65〜70%に改善されると推定され、これは計算と一致する。核融合生成物である高速イオンはTW DECへ進入し、RF電界によって速度変調され、その後、減速器上のRF進行波電界によって集束および減速されてRF電力を生成する。TW DEC装置は、3〜6 keVのイオンエネルギーが、1波長減速器において10〜15%減少し得ることを示した。これにより、全長減速器では60〜70%の総合効率が得られることになる。さらなる改善のための新しいシステムが研究されており、そこでは入射イオンが各エネルギーに応じて横方向に偏向され、扇形ビームを形成し、分布電極アレイによる変調および減速が、各イオン経路のエネルギーに応じた進行波を生成する。