Future magnetic-confinement nuclear fusion experiments will be using neutral beam injection (NBI) systems for plasma heating that are based on sources for negative hydrogen ions as opposed to the positive ions mostly used to date. An unavoidable effect in negative NBI (NNBI) systems is the creation of positive ions in the acceleration region due to collisions between the fast negative ions and the neutral background gas. These positive ions are accelerated back into the ion source. At the high extracted ion current densities from NNBI sources and the high acceleration voltages—1 MeV in the case of ITER—the resulting heat load on the backplate of the source and the sputtering rates of the backplate material can be substantial. In this work, sputtering probes and a simple 1D calculation were employed to estimate the flux density of the backstreaming ions in the rear part of the ion source at the long pulse NNBI testbed MANITU (20 kV extraction voltage). It was found that the flux of backstreaming ions is approximately between 0.8 and 2.5% of the flux of negative ions extracted from the source. Experiment and theory are in fair agreement.
将来の磁場閉じ込め核融合実験では、これまで主に使用されてきた正水素イオンではなく、負水素イオン源に基づく中性粒子ビーム入射（NBI）システムがプラズマ加熱に使用されることになる。負イオンNBI（NNBI）システムにおいて不可避の効果として、高速負イオンと背景中性ガスとの衝突による加速領域での正イオンの生成がある。これらの正イオンはイオン源へと逆流加速される。NNBI源からの引き出しイオン電流密度が高く、加速電圧が高い場合—ITERの場合には1 MeV—イオン源背面板への熱負荷と背面板材料のスパッタリング率はかなりのものになり得る。本研究では、長パルスNNBIテストスタンドMANITU（引き出し電圧20 kV）のイオン源後部における逆流イオンのフラックスを推定するために、スパッタリングプローブと簡易1次元計算を用いた。逆流イオンのフラックスは、イオン源から引き出された負イオンのフラックスの約0.8〜2.5%であることが見出された。実験と理論は概ね一致している。