For tokamak devices, neutral beam injection (NBI) remains an important method for heating and current drive. In this paper, the beam transmission model based on positive ion source neutral beam injector (P-NBI) is constructed using the Monte Carlo method to design beamline system for burning plasma tokamak, which needs NBI with energy of 120 keV and power of 15 MW. The neutralization, deflection, and transmission of beam particles are investigated, and the effects of beam quality, gas supply rate, and structural parameters are analyzed in detail, including transmission efficiency, reionization loss and the deposited power density of the beamline components at different modes of NBI system. The results show that the neutralization efficiency can reach 41.4%, the transmission efficiency exceeds 80.7%, the reionization loss is calculated to be <10%, and the system is capable of injecting 15 MW of deuterium neutral beam into the plasma when beam divergence angle is ∼1°. This work presents the complete beamline design process and will provide guidance for developing NBI systems. As a key component of a burning plasma tokamak, it will strongly influence the experimental results. Currently, the components are being fabricated and experiments will commence shortly.
トカマク装置において、中性粒子ビーム入射（NBI）は加熱および電流駆動の重要な方法であり続けている。本論文では、燃焼プラズマトカマクのビームラインシステムを設計するために、エネルギー120 keV、パワー15 MWのNBIを必要とするが、その設計において、正イオン源中性粒子ビーム入射装置（P-NBI）に基づくビーム透過モデルをモンテカルロ法を用いて構築した。ビーム粒子の中性化、偏向、および透過を調査し、ビーム品質、ガス供給量、および構造パラメータの影響を、NBIシステムの異なるモードにおける透過効率、再電離損失、およびビームライン構成要素の堆積電力密度を含めて詳細に分析した。結果は、中性化効率が41.4%に達し、透過効率が80.7%を超え、再電離損失が10%未満と計算され、ビーム発散角が約1°のときにシステムが15 MWの重水素中性ビームをプラズマへ入射できることを示している。本研究は完全なビームライン設計プロセスを示し、NBIシステムの開発に指針を提供するであろう。燃焼プラズマトカマクの主要構成要素として、それは実験結果に強く影響する。現在、構成要素は製作中であり、実験はまもなく開始される予定である。