NBI负离子束源偏置电压对束引出影响研究取得进展

   近期，中性束注入研究室的负离子源课题组在NBI负离子束源偏置电压对束引出影响研究方面取得新进展，相关研究成果以“Influence of plasma grid bias on the beam extraction of RF driven negative hydrogen ion source ”为题发表于Physics of Plasma期刊。

   负离子源是NNBI最关键的部件之一，它为中性束系统提供加速的负离子束。负离子源研究的首要目标是提高束流密度，但随着束流密度的增加，共引出电子也会随之增加。此外，相较于氢气放电，共引出电子在氘气放电运行下显著增加，并随着时间的推移而增大。共引出电子过多不仅会对引出电极造成极为严重的热负荷，进而影响负离子源的稳定运行，也会造成额外的能量损耗。因此，对于长脉冲高束流参数运行的负离子源，抑制共引出电子产出已经成为不得不解决的问题，而偏置电压对抑制共引出电子有积极的作用。

   论文主要研究了在相同参数情况下偏置电压对束引出参数以及引出区等离子体参数的影响。研究结果如图1所示，结果显示，当偏置电压高于PG悬浮电位4.1V时，共引出电子电流开始增加，负氢离子流开始降低。为了解释这种现象，在无引出情况下对PG上方引出区等离子体参数进行了测量，结果发现当偏置电压高于PG悬浮电位时，引出区的电子密度开始降低，当偏置电压高于PG悬浮电位4.5V时，电子温度开始增加。这可以解释为偏置电压增加，电子被PG吸收导致引出区电子密度降低，进而导致共引出电子电流降低；当偏置电压高于PG悬浮电位4.1V时，电子电流增加和负氢离子降低是由于电子温度升高导致的PG附近负氢离子损失和束散角的扩大。

   上述研究工作得到了国家科学基金(11975264)和聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）项目的资助。

   POP论文链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0156271

图1 偏置电压对束流参数和引出区等离子体参数的影响