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Raphael Gutser

• The injection of fast neutral particles (NBI) into a fusion plasma is an important method for plasma heating and current drive. A source for negative deuterium ions delivering an 1 MeV beam that is accelerated to a specific energy and neutralized by a gas target is required for the ITER-NBI. Cesium seeding is required to extract high negative ion current densities from these sources. The optimization of the cesium homogeneity and control are major objectives to achieve the source requirements imposed by ITER. Within the scope of this thesis, the Monte Carlo based numerical transport simulation CsFlow3D was developed, which is the first computer model that is capable of simulating the flux and the accumulation of cesium on the surfaces of negative-ion sources. Basic studies that support the code development were performed at a dedicated experiment at the University of Augsburg. Input parameters of the ad- and desorption of cesium at ion source relevant conditions were taken fromThe injection of fast neutral particles (NBI) into a fusion plasma is an important method for plasma heating and current drive. A source for negative deuterium ions delivering an 1 MeV beam that is accelerated to a specific energy and neutralized by a gas target is required for the ITER-NBI. Cesium seeding is required to extract high negative ion current densities from these sources. The optimization of the cesium homogeneity and control are major objectives to achieve the source requirements imposed by ITER. Within the scope of this thesis, the Monte Carlo based numerical transport simulation CsFlow3D was developed, which is the first computer model that is capable of simulating the flux and the accumulation of cesium on the surfaces of negative-ion sources. Basic studies that support the code development were performed at a dedicated experiment at the University of Augsburg. Input parameters of the ad- and desorption of cesium at ion source relevant conditions were taken from systematic measurements with a quartz micro balance, while the injection rate of the cesium oven at the ions source was determined by surface ionization detection. This experimental setup was used for further investigations of the work function of cesium-coated samples during plasma exposure.…
• Der Einschuss schneller Neutralteilchen in Fusionsplasmen (NBI) stellt eine wichtige Methode für Plasmaheizung und Stromtrieb dar. Die NBI an ITER benötigt eine Quelle für negative Deuteriumionen, die auf 1 MeV beschleunigt werden und an einem Gas-Target neutralisiert werden. Das Einbringen von Cäsium ist notwendig, um hohe Stromdichten an negativen Ionen aus derartigen Quellen zu extrahieren. Die Optimierung der Homogenität und Kontrolle von Cäsium sind wesentliche Parameter, um die von ITER vorgegebenen Anforderungen an die Ionenquelle zu erfüllen. Im Rahmen der Arbeit wurde der numerische Transportcode CsFlow3D entwickelt - das erste Computermodell zur Berechnung des Cäsiumflusses und der Akkumulation innerhalb negativer Ionenquellen. Grundlegende Untersuchungen zur Unterstützung der Codeentwicklung wurden an einem speziellen Experiment an der Universität Augsburg durchgeführt. Input Daten der Ad- und Desorption von Cäsium für Ionenquellen-relevante Bedingungen wurden durchDer Einschuss schneller Neutralteilchen in Fusionsplasmen (NBI) stellt eine wichtige Methode für Plasmaheizung und Stromtrieb dar. Die NBI an ITER benötigt eine Quelle für negative Deuteriumionen, die auf 1 MeV beschleunigt werden und an einem Gas-Target neutralisiert werden. Das Einbringen von Cäsium ist notwendig, um hohe Stromdichten an negativen Ionen aus derartigen Quellen zu extrahieren. Die Optimierung der Homogenität und Kontrolle von Cäsium sind wesentliche Parameter, um die von ITER vorgegebenen Anforderungen an die Ionenquelle zu erfüllen. Im Rahmen der Arbeit wurde der numerische Transportcode CsFlow3D entwickelt - das erste Computermodell zur Berechnung des Cäsiumflusses und der Akkumulation innerhalb negativer Ionenquellen. Grundlegende Untersuchungen zur Unterstützung der Codeentwicklung wurden an einem speziellen Experiment an der Universität Augsburg durchgeführt. Input Daten der Ad- und Desorption von Cäsium für Ionenquellen-relevante Bedingungen wurden durch systematische Messungen mit einer Quarz Mikrowaage ermittelt, während die Injektionsrate des Cäsiumofens an der Ionenquelle durch einen Ionisationsdetektor bestimmt wurde. Der experimentelle Aufbau wurde ferner eingesetzt, um die Austrittsarbeit von cäsiumbeschichteten Proben unter Plasmaeinfluss zu bestimmen.…