The development of negative ion (NI) sources for the ITER neutral beam injector is strongly accompanied by modelling activities. The ONIX (Orsay Negative Ion eXtraction) code simulates the formation and extraction of negative hydrogen ions and co-extracted electrons produced in caesiated sources. In this paper the 3D geometry of the BATMAN extraction system, and the source characteristics such as the extraction and bias potential, and the 3D magnetic field were integrated in the model. Calculations were performed using plasma parameters experimentally obtained on BATMAN. The comparison of the ONIX calculated extracted NI density with the experimental results suggests that predictive calculations of the extraction of NIs are possible. The results show that for an ideal status of the Cs conditioning the extracted hydrogen NI current density could reach ~30 mA cm−2 at 10 kV and ~20 mA cm−2 at 5 kV extraction potential, with an electron/NI current density ratio of about 1, as measured in the experiments under the same plasma and source conditions. The dependency of the extracted NI current on the NI density in the bulk plasma region from both the modeling and the experiment was investigated. The separate distributions composing the NI beam originating from the plasma bulk region and the PG surface are presented for different NI plasma volume densities and NI emission rates from the plasma grid (PG) wall, respectively. The extracted current from the NIs produced at the Cs covered PG surface, initially moving towards the bulk plasma and then being bent towards the extraction surfaces, is lower compared to the extracted NI current from directly extracted surface produced ions.
ITER中性粒子入射装置用の負イオン源の開発には、モデリングが密接に伴っている。ONIX（Orsay Negative Ion eXtraction）コードは、セシウム添加源で生成される負水素イオンと同時生成電子の形成と引き出しをシミュレーションする。本論文では、BATMAN引き出しシステムの3次元形状、ならびに引き出し電位やバイアス電位などの源特性、および3次元磁場をモデルに組み込んだ。計算は、BATMANで実験的に得られたプラズマパラメータを用いて実施された。ONIXで計算された引き出し負イオン密度と実験結果との比較は、負イオン引き出しの予測計算が可能であることを示唆している。結果は、セシウムコンディショニングが理想的な状態において、引き出し負水素イオン電流密度は、10 kVの引き出し電位で約30 mA cm⁻²、5 kVで約20 mA cm⁻²に達し得ること、また電子/負イオン電流密度比は、同じプラズマおよび源条件下での実験で測定されたように約1であることを示している。バルクプラズマ領域における負イオン密度に対する引き出し負イオン電流の依存性が、モデリングと実験の両方から調査された。バルクプラズマ領域およびプラズマグリッド（PG）表面に由来する負イオンビームを構成する各成分の分布が、異なる負イオンプラズマ密度およびPG壁からの負イオン放出率に対してそれぞれ示された。セシウム被覆PG表面で生成され、当初バルクプラズマに向かって移動した後、引き出し面に向かって曲げられる負イオンからの引き出し電流は、直接引き出し面で生成されたイオンからの引き出し電流と比較して低い。