La inyección de haz neutro NBI es un método para aumentar la temperatura del plasma y conducir las corrientes en plasmas de fusión confinados magnéticamente mediante la inyección de haces neutros de hidrógeno / deuterio. A medida que aumenta el tamaño del plasma, se necesita una mayor energía del haz para depositar haces neutros enla región central del plasma confinado. La eficiencia de neutralización del haz de iones de hidrógeno / deuterio positivo acelerado con NBI convencional disminuye abruptamente con una energía de más de 100 keV. Por otro lado, los haces de iones negativos de hidrógeno / deuterio mantienen la eficiencia de neutralización independiente de la energíade ~ 60%. En consecuencia, los NBI basados en iones negativos son indispensables para los dispositivos de confinamiento de plasma a gran escala recientes. Con el fin de construir NBI basados en iones negativos con una energía de 190 keV, los investigadores de NIFS han sido pioneros con éxito en el desarrollo del ión negativofuentes.
Se han aportado dos mejoras significativas a la fuente de iones negativos NIFS. Una es la mejora de la corriente de iones negativos mediante la optimización de la configuración magnética para el confinamiento de plasma en la fuente de iones. La segunda mejora es el desarrollo de un acelerador de haz original equipado conEl electrodo de apertura de ranura, cuya transparencia del haz es dos veces mayor que el electrodo de apertura circular convencional. Combinando estas dos ideas innovadoras, el rendimiento de inyección de haz más alto del mundo se ha logrado con una potencia de haz de 6,9 MW con una energía de haz de 190 keV.
Sin embargo, se requiere más investigación para lograr un mayor rendimiento y estabilidad para que se adopte una fuente avanzada de iones negativos para futuros dispositivos de fusión. Además, el tamaño de la fuente de iones es demasiado grande para aplicar un enfoque de prueba y error.el enfoque tampoco es aplicable, porque la ruta libre media de un electrón es mucho más corta que la fuente de iones real para NBI y una fuente de iones con un tamaño más pequeño que la ruta libre media tiene características diferentes. Estos desarrollos convencionales se vuelven difíciles para lograr un progreso significativoen rendimiento. Por esta razón, el grupo NIFS NBI ha iniciado una investigación que se centra en el comportamiento de los iones de hidrógeno negativos dentro del plasma de fuente de iones.
En el caso de la fuente de iones negativos, la pequeña cantidad de cesio se inyecta en la fuente de iones y la superficie adsorbida de cesio del llamado "electrodo de plasma" se activa para transferir el electrón a los átomos de hidrógeno e iones positivos hidrogenadosque están colisionando en la superficie. Estas partículas se convierten en iones negativos en la superficie y se retroceden en sentido opuesto a la dirección del haz. El mecanismo de cómo los iones de hidrógeno negativos cambian la dirección de su velocidad y se extraen como un haz no se ha aclaradoAdemás, tampoco se ha aclarado de qué parte de la superficie del electrodo de plasma se extrae el ión negativo de hidrógeno como un haz. En este punto, con respecto a los procesos relacionados con la producción del haz a través de la extracción de iones de hidrógeno negativos, aunque muchosse han llevado a cabo simulaciones, debido a que numerosos procesos físicos están relacionados con este problema, todavía no hemos obtenido resultados que ayuden a explicar el resultado experimentals.
Resultados de la investigación
En la gran fuente de iones de hidrógeno negativos en NIFS, hay varios tipos de diagnósticos disponibles para medir la densidad de iones de hidrógeno negativos, la densidad de electrones y otras cantidades. Estas cantidades físicas pueden medirse en detalle espacial y temporalmente. Los comportamientos de los iones de hidrógeno negativospuede aclararse bajo la extracción del haz. Hasta ahora, estos comportamientos habían sido difíciles de medir experimentalmente.
Acompañando la extracción del haz, se investigó la distribución de flujo espacial de los iones de hidrógeno negativos midiendo el flujo de iones de hidrógeno negativos con el uso de una sonda electrostática de tipo compuesto con cuatro electrodos de aguja irradiados por pulso láser.
Estas operaciones se realizaron en numerosos lugares y, durante la extracción del haz, investigamos cómo cambió el flujo de iones de hidrógeno negativos. En los resultados de esa investigación, se aclaró experimentalmente que los iones de hidrógeno negativos generados en el electrodo de plasma se muevenlejos del electrodo, haga un giro en U y fluya hacia el orificio de extracción del haz donde se aplica el campo de extracción del haz. Esta característica de los iones negativos nunca se ha observado antes de este experimento. Aclaración de la configuración detallada del ion negativo de hidrógenoEl flujo es un resultado valioso para la investigación tanto física como tecnológica.
Este resultado de la investigación se informó en la 26ª Conferencia de Energía de Fusión de la Asociación Internacional de Energía Atómica OIEA celebrada en Kyoto, Japón, del 17 al 22 de octubre de 2016. Además de lograr el éxito en la mejora del rendimiento de la fuente negativa de iones de hidrógeno,Aclaró fenómenos físicos detallados experimentalmente relacionados con el plasma de fuente de iones negativos mediante el uso de numerosos diagnósticos para investigar el plasma de fuente de iones negativos desde numerosas direcciones.Oxford, Inglaterra, del 12 al 16 de septiembre de 2016.
Importancia de la investigación
Al aplicar el método desarrollado en esta investigación, es posible medir el flujo de iones negativos en lugares aún más cercanos al electrodo de plasma para aclarar un mecanismo más detallado de los iones negativos extraídos como un haz. El resultado proporciona una guía para mejorar el rendimientode la fuente de iones negativos, así como una contribución importante al campo de simulación relacionado con el plasma de fuentes de iones. Los haces de iones negativos se utilizan ampliamente no solo en la investigación de fusión sino también en aplicaciones médicas, física de partículas y propulsión para naves espaciales.Se espera que los efectos de estos resultados experimentales y los métodos de diagnóstico recientemente desarrollados en esta investigación contribuyan a estos desarrollos de investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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