Negative ion source development for a photoneutralization based neutral beam system for future fusion reactors

Autor: H.P.L. de Esch, Alain Simonin, Alan Howling, W. Chaibi, Ivo Furno, Gilles Cartry, C. Blondel, D. Bresteau, Stéphane Béchu, Jean-Pierre Boeuf, B. P. Duval, Gwenael Fubiani, R. Jacquier, J M Bernard, R. Agnello, Ph. Guittienne, Cyril Drag, C. Marini, C. Grand, Iaroslav Morgal
Přispěvatelé: Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (IRFM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire Aimé Cotton (LAC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Physique des interactions ioniques et moléculaires (PIIM), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Astrophysique Relativiste Théories Expériences Métrologie Instrumentation Signaux (ARTEMIS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA), Groupe de Recherche Energétique, Plasmas et Hors Equilibre (LAPLACE-GREPHE), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Helyssen, ANR-13-BS04-0016,SiPhoRE,Démonstration d'un injecteur simple étage à photoneutralisation et récupération d'énergie pour les futurs réacteurs de fusion (ITER, DEMO)(2013), ANR-13-BS09-0017,H INDEX TRIPLED,Plasma d'hydrogène en interaction avec le diamant : Etude de l'érosion et de la production d'ions négatifs(2013), European Project: 633053,H2020,EURATOM-Adhoc-2014-20,EUROfusion(2014), École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: New Journal of Physics
New Journal of Physics, Institute of Physics: Open Access Journals, 2016, 18 (12), pp.125005. ⟨10.1088/1367-2630/18/12/125005⟩
New Journal of Physics, 2016, 18 (12), pp.125005. ⟨10.1088/1367-2630/18/12/125005⟩
ISSN: 1367-2630
DOI: 10.1088/1367-2630/18/12/125005
Popis: International audience; In parallel to the developments dedicated to the ITER neutral beam system, CEA-IRFM with laboratories in France and Switzerland are studying the feasibility of a new generation of Neutral Beam (NB) system able to provide heating and current drive for the future DEMOnstration fusion reactor (DEMO). For the steady-state scenario, the NB system will have to provide a high neutral beam power level with a high wall-plug efficiency (~60%). Neutralization of the energetic negative ions by photodetachment (so called photoneutralization), if feasible, appears to be the ideal solution to meet these performances, in the sense that it could offer a high beam neutralization rate (> 80%) and a wall-plug efficiency higher than 60%. The main challenge of this new injector concept is the achievement of a very high power photon flux which could be provided by 3 MW Fabry-Perot optical cavities implanted along the 1 MeV D-beam in the neutralizer stage. The beamline topology is tall and narrow to provide laminar ion beam sheets, which will be entirely illuminated by the intra-cavity photon beams propagating along the vertical axis. The paper describes the present R&D (experiments and modelling) addressing the development of a new ion source concept (Cybele source) which is based on a magnetized plasma column. Parametric studies of the source are performed using Langmuir probes in order to characterize and compare the plasma parameters in the source column with different plasma generators, such as filamented cathodes, radio-frequency driver and a helicon antenna specifically developed at SPC-EPFL satisfying the requirements for the Cybele (axial magnetic field of 10 mT, source operating pressure: 0.3 Pa in hydrogen or deuterium). The paper compares the performances of the three plasma generators. It is shown that the helicon plasma generator is a very promising candidate to provide an intense and uniform negative ion beam sheet.
Databáze: OpenAIRE
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