Entwicklung von Quellen negativer Ionen für ITER

Aufgrund der von ITER geforderten viel höheren Teilchenenergien müssen die Neutralinjektoren an ITER mit Quellen arbeiten, die statt positiv geladener Ionen negativ geladene Wasserstoffionen erzeugen. Der Entwurf hierfür beruht auf Prototypquellen, die am IPP entwickelt wurden.


Die typischen Teilchenenergien der meisten heutigen Anlagen liegen im Bereich von 50 keV bis 130 keV. Zum Vergleich liegt die thermische Plasmaenergie im Zentrum bei maximal 15 keV. Für die Neutralinjektion an ITER wird jedoch wegen dessen Größe eine deutlich höhere Teilchenenergie von 1 MeV benötigt. Bei dieser hohen Energie ist die Neutralisation positiver Wasserstoffionen im Gegensatz zur Neutralisation negativer Wasserstoffionen sehr ineffizient. Daher müssen hierfür Ionenquellen verwendet werden, die negativ geladene Wasserstoffionen erzeugen.

Die Neutralinjektion an ITER wird aus zwei Injektoren bestehen. Jeder dieser Injektoren besitzt eine Ionenquelle mit einer Extraktionsfläche von 1.9 × 0.9 m2 und soll bei einem extrahierten Ionenstrom von 40 A eine Heizleistung von 16.5 MW liefern. Zusätzlich wird im Diagnostikinjektor, der von ITER Indien gebaut wird, eine nahezu identische Ioenequelle zum Einsatz kommen. 

Die von der Arbeitsgruppe Neutralinjektion entwickelten hochfrequenzgetriebenen Quellen negativer Ionen wurden 2007 zum Referenzdesign für ITER gewählt.

Vom kleinen Prototypen zur großen ITER-Ionenquelle.

Derzeit betreibt die Arbeitsgruppe zwei Teststände:

BATMAN besitzt eine kleine Ionenquelle mit einem einzelnen Hochfrequenztreiber und entspricht somit in etwa einem Achtel der ITER-Ionenquelle. Der Teststand bietet große experimentelle Flexibilität und ist mit umfangreicher Diagnostik ausgestattet.

ELISE besitzt eine Ionenquelle der halben für ITER vorgesehenen Größe mit vier Hochfrequenztreibern. An diesem Teststand werden vor allem das Verhalten in langen Pulsen und Fragen der Größenskalierung untersucht. ELISE ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu Bau und Betrieb der Prototypen der ITER NBI-Injektoren. 

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