Non-ohmic heating will be used in the experimental nuclear fusion reactor ITER to reach thermonuclear temperatures. Two heating mechanism will be implemented, i.e. microwaves resonant with ion and electron cyclotron frequencies and energetic neutral beam injection, which contributes also to the current drive. Each one of the two neutral beam injector planned for ITER will deliver 16 MW of 1 MeV D0 beam. In the injector, negative ions D− coming from a 40 A negative ion source are electrostatically accelerated to 1 MeV, and stripped of their extra electron by collision with a target gas in a structure known as the neutralizer. Residual charged particles are deflected after the neutralizer in an electrostatic ion dump (E-RID). The ionization of the deuterium buffer gas filling the neutralizer induced by the D− beam creates a rarefied plasma which is expected to efficiently screens the Coulomb repulsion of the beam. Moreover, this plasma can eventually escape from the neutralizer and move back in the accelerator, towards the accelerating grids and the negative ion source. The transport of the beam through the neutralizer and the RID and the related plasma properties were studied using a 3D electrostatic particle-in-cell code called OBI-3 (Orsay Beam Injector 3 dimensional). Particle–particle and particle–wall collisions are treated using the Monte Carlo collision approach. Simulations show that the secondary plasma effectively screens the beam space charge preventing beam transverse expansion. Plasma ions created in the neutralizer form an upstream current with a magnitude of ∼0.5% of the negative ion current. Gas breakdown leading to arc formation in the RID was not observed. Finally, results for the propagation of non-ideal beams coming from simulations of the extraction and consecutive acceleration taken from Revel et al 2013 Nucl. Fusion53 073027 are presented.
非オーミック加熱は、実験用核融合炉ITERにおいて熱核融合温度に達するために使用される。2つの加熱機構が実装される。すなわち、イオンおよび電子サイクロトロン周波数でのマイクロ波と、電流駆動にも寄与する高エネルギー中性粒子ビーム入射である。計画されている2基の中性粒子ビーム入射装置の各々は、1 MeVのD⁰ビームを16 MW供給する。入射装置内では、40 Aの負イオン源からの負イオンD⁻が1 MeVまで静電加速され、中性化装置として知られる構造内でターゲットガスとの衝突により余剰電子を剥離される。残留荷電粒子は、中性化装置の後段で静電イオンダンプ（E-RID）により偏向される。D⁻ビームによって誘起される中性化装置内の重水素バッファーガスの電離は、希薄プラズマを生成し、このプラズマがビームのクーロン反発を効果的に遮蔽すると期待されている。さらに、このプラズマは最終的に中性化装置から漏出し、加速グリッドおよび負イオン源に向かって後方へ移動し得る。ビームの輸送およびE-RIDと関連プラズマ特性は、OBI-3（Orsay Beam Injector 3 dimensional）と呼ばれる3次元静電粒子セルコードを用いて研究された。粒子間衝突および粒子-壁面衝突は、モンテカルロ衝突法を用いて処理される。シミュレーションにより、二次プラズマがビームの空間電荷を効果的に遮蔽し、ビームの横方向広がりを防止することが示された。中性化装置内で生成されたプラズマイオンは、負イオン電流の約0.5%の大きさの上流方向電流を形成する。アーク放電につながるガス絶縁破壊は観測されなかった。最後に、Revel et al 2013 Nucl. Fusion 53 073027から引用した、引き出しおよびその後の加速段階のシミュレーションから得た非理想ビームの伝播結果を示す。