Open Access

Alessandro Mimo

• The development of large and powerful RF sources for negative hydrogen and deuterium ions is mandatory for the realization of the Neutral Beam Injection system at ITER. Caesium is evaporated inside these ion sources for an efficient production of negative ions. An improved understanding of the Cs redistribution in the plasma environment is needed to achieve the source requirements for the extracted negative ion current density and to limit the co-extracted electrons. The Monte Carlo transport code CsFlow3D was used to investigate the caesium dynamics, which involves very complex processes due to the high reactivity of caesium and its interaction with the plasma. The code was applied to the IPP prototype source (1/8 of the ITER-NBI source size) and the simulation results for different scenarios were compared and successfully benchmarked against the experimental data from optical diagnostics. Furthermore the code was extended to the geometry of the larger ion source at the ELISE testThe development of large and powerful RF sources for negative hydrogen and deuterium ions is mandatory for the realization of the Neutral Beam Injection system at ITER. Caesium is evaporated inside these ion sources for an efficient production of negative ions. An improved understanding of the Cs redistribution in the plasma environment is needed to achieve the source requirements for the extracted negative ion current density and to limit the co-extracted electrons. The Monte Carlo transport code CsFlow3D was used to investigate the caesium dynamics, which involves very complex processes due to the high reactivity of caesium and its interaction with the plasma. The code was applied to the IPP prototype source (1/8 of the ITER-NBI source size) and the simulation results for different scenarios were compared and successfully benchmarked against the experimental data from optical diagnostics. Furthermore the code was extended to the geometry of the larger ion source at the ELISE test facility (half size of the ITER-NBI source) and of the full ITER-NBI source. The performed investigations together with the experimental data lead to the identification of the methods for the optimization of the caesium dynamics and its redistribution in negative ion sources and for the reduction the Cs consumption.…
• Die Entwicklung großer und leistungsstarker Quellen negativer Wasserstoff- und Deuteriumionen wird für das ITER Neutralinjektionssystem benötigt. Für eine effiziente Produktion negativer Ionen wird Cäsium in die Ionenquelle verdampft. Ein besseres Verständnis der Cs-Umverteilung in der Plasma-Umgebung ist erforderlich, um die Quellenanforderungen für die extrahierte Ionenstromdichte zu erfüllen und die coextrahierten Elektronen zu begrenzen. Zur Untersuchung der Cäsiumdynamik, bei der komplizierte Prozesse aufgrund der hohen chemischen Reaktivität von Cäsium und der Wechselwirkung mit dem Plasma stattfinden, dient ein Monte Carlo Transportcode. Der Code wurde auf die IPP-Prototypquelle (1/8 der ITER-NBI-Quelle) angewendet und die simulierte Cs-Verteilung in der Quelle wurde mit den experimentellen Daten aus der optischen Diagnostiken für verschiedene Szenarien verglichen und benchmarked. Außerdem wurde der Code auf die Geometrie der größeren Ionenquelle vom ELISE-Teststand (1/2 derDie Entwicklung großer und leistungsstarker Quellen negativer Wasserstoff- und Deuteriumionen wird für das ITER Neutralinjektionssystem benötigt. Für eine effiziente Produktion negativer Ionen wird Cäsium in die Ionenquelle verdampft. Ein besseres Verständnis der Cs-Umverteilung in der Plasma-Umgebung ist erforderlich, um die Quellenanforderungen für die extrahierte Ionenstromdichte zu erfüllen und die coextrahierten Elektronen zu begrenzen. Zur Untersuchung der Cäsiumdynamik, bei der komplizierte Prozesse aufgrund der hohen chemischen Reaktivität von Cäsium und der Wechselwirkung mit dem Plasma stattfinden, dient ein Monte Carlo Transportcode. Der Code wurde auf die IPP-Prototypquelle (1/8 der ITER-NBI-Quelle) angewendet und die simulierte Cs-Verteilung in der Quelle wurde mit den experimentellen Daten aus der optischen Diagnostiken für verschiedene Szenarien verglichen und benchmarked. Außerdem wurde der Code auf die Geometrie der größeren Ionenquelle vom ELISE-Teststand (1/2 der ITER-NBI-Quelle) und der voll ITER-NBI-Quelle erweitert. Die durchgeführten Untersuchungen zusammen mit den experimentellen Daten führten zur Identifizierung der Methoden zur Optimierung der Caesiumdynamik und deren Umverteilung in negativen Ionenquellen und zur Reduktion des Cs-Verbrauchs.…