因加速管150中的剩余的氫的IT射束的剝離導(dǎo)致的快速原子的滲透，來 減少從離子源110到加速管150的銫和氫的流，并且還用于抑制從加速管150到離子源110 的次級離子通量。在圖11中，顯示了在低能射束傳輸線中的H-離子的計算的軌跡。
[0070] 高能射束管 從低能射束線逸出的低能射束進(jìn)入圖12中顯示的常規(guī)靜電多孔加速器150中。
[0071] 考慮空間電荷貢獻(xiàn)的9A負(fù)離子射束加速的計算的結(jié)果在圖13中顯示。將離子 從120keV能量加速直至IMeV。在管150上的加速度勢為880kV，且電極之間的電勢階梯為 110kV〇
[0072] 計算顯示，在電子放電可能發(fā)生的區(qū)域中，在電極上的優(yōu)化加速管150中，場強度 不超過50kV/cm。
[0073] 在加速后，射束行進(jìn)穿過工業(yè)常規(guī)四極透鏡231、232和233 (圖14)的三合體230， 其用來補償在加速管150的出口上的輕微的射束離焦，并且用來在出口端口上形成具有優(yōu) 選尺寸的射束。三合體230安裝在高能射束傳輸線265的真空罐255內(nèi)。四極透鏡231、 232和233中的各個包括四極電磁體的常規(guī)組，其產(chǎn)生如在所有的現(xiàn)代常規(guī)粒子加速器中 發(fā)現(xiàn)的慣例的磁性聚焦場。
[0074] 在圖15中顯示了，在加速管150、四極透鏡230以及高能射束傳輸線265中的具有 12eV的橫向溫度的9A負(fù)離子射束的計算的軌跡。計算遵循超出其聚焦點的射束。
[0075] 在徑向剖面的一半高度處，在中和器后12. 5m距離處的具有6A等效電流的中性射 束的計算的直徑為140mm，并且射束電流中的95%在180mm直徑圓周中。
[0076] 中性化 選擇用于射束系統(tǒng)的光致分離中和器170可實現(xiàn)多于95%的離子射束剝離。中和器 170包括氙燈和圓柱形光阱的陣列，該圓柱形光阱帶有反射壁來提供要求的光子密度。使 用具有大于0. 99的反射率的冷卻鏡來適應(yīng)壁上的大約70kW/cm2的功率通量。在備選方案 中，可使用利用常規(guī)技術(shù)的等離子中和器，但代價是效率上的輕微下降。然而，如所預(yù)測的， 如果能量回收系統(tǒng)具有>95%的效率，那么等離子室的~85%中性化效率是相當(dāng)充分的。
[0077] 等離子中和器等離子被約束在在壁處具有多極磁場的圓柱形隔室175中，該多極 磁場由永磁體172的陣列產(chǎn)生。在圖16中顯示了約束裝置的概要視圖。中和器170包括 冷卻水歧管171、永磁體172、陰極組件173和LaB6陰極174。
[0078] 圓柱形隔室175為1. 5_2m長，并且在用于射束行進(jìn)穿過的端部處具有開口。通過 使用安裝在約束隔室175的中心處的若干陰極組件173來生成等離子。在裝置170的中心 附近供應(yīng)工作氣體。在利用這種等離子中和器170的原型的實驗中，觀測到，由壁處的多極 磁場172進(jìn)行的電子的約束足夠好并且比等離子離子的約束好相當(dāng)多。為了使離子和電子 損耗均衡，在等離子中發(fā)展了相當(dāng)?shù)呢?fù)電勢，以便離子由電場有效地約束。
[0079] 相當(dāng)長的等離子約束導(dǎo)致維持支持中和器170中的大約1013cnT3的等離子密度所 需的相對低的放電功率。
[0080] 能量恢復(fù) 存在在我們的條件下的高功率效率的實現(xiàn)的客觀原因。首先，存在：相對小的離子射束 電流和低能量擴展。在本文中描述的方案中，通過利用等離子或蒸汽金屬靶，剩余離子電流 在中和器后期望為~3A。這些帶有正或負(fù)電荷的剔出離子的流將通過偏轉(zhuǎn)磁體180而轉(zhuǎn)移 至兩個能量恢復(fù)器，各一個分別用于正和負(fù)離子。已經(jīng)進(jìn)行了這些剩余的剔出離子射束的 減速的數(shù)值模擬，該射束典型地帶有在恢復(fù)器內(nèi)的直接轉(zhuǎn)換器中的IMeV能量和3A，而沒有 空間電荷補償。直接轉(zhuǎn)換器將在剩余的剔出離子射束中包含的能量的相當(dāng)大的部分直接轉(zhuǎn) 換成電力，并作為用于并入熱循環(huán)中的高質(zhì)量熱來供應(yīng)能量的剩余部分。直接轉(zhuǎn)換器遵循 靜電多孔減速器的設(shè)計，由此帶電電極的連續(xù)區(qū)段產(chǎn)生縱向中斷場并且吸收離子的動能。 [0081] 圖17顯示了轉(zhuǎn)換器中的離子射束減速的二維計算的結(jié)果。從顯示的計算，可見具 有IMeV能量的離子射束低至30keV能量的減速是十分可行的，因而可獲得96-97%的恢復(fù) 因數(shù)值。
[0082] 已經(jīng)分析了基于負(fù)離子的高功率中性射束注入器的之前的開發(fā)嘗試，來揭露出阻 止實現(xiàn)具有~IMeV的穩(wěn)定狀態(tài)操作和若干MW的功率的注入器的至今的關(guān)鍵問題。其中最 重要的為： ?銫層的控制，和損耗以及重新沉積（溫度控制等） ?用以提取的負(fù)離子的表面產(chǎn)生的優(yōu)化 ?共同流動的電子的分離 ?因內(nèi)部磁場導(dǎo)致的等離子?xùn)艠O處的離子電流剖面的非均一性 ?低離子電流密度 ?加速器是復(fù)雜的，并且許多新技術(shù)仍正在被開發(fā)（低電壓保持能力，大絕緣體等） ?回流正離子 ?先進(jìn)的中和器技術(shù)（等離子、光子）未在相關(guān)條件下被證實 ?能量轉(zhuǎn)換未充分發(fā)展 ?管中的射束阻塞。
[0083]在本文中提供的問題的創(chuàng)新性解決方案可根據(jù)與它們連接的系統(tǒng)（即負(fù)離子源、 提取/加速、中和器、能量轉(zhuǎn)換器等）而分組。
[0084] 1.0 負(fù)離子源 110: 1. 1.等離子箱115和等離子驅(qū)動器113的內(nèi)部壁保持在升高的溫度（150-200°C)下， 來防止它們的表面上的銫積聚。
[0085] 升高的溫度： -防止由解吸/濺射引起的不受控制的銫釋放，并且降低其到離子光學(xué)系統(tǒng)（柵極 111)中的滲入； -減少壁處的銫層中的氫原子的吸收和重組； -減小銫的消耗和中毒。
[0086] 為了實現(xiàn)其，使高溫流體循環(huán)穿過所有構(gòu)件。表面的溫度通過主動反饋控制（即： 熱在CW操作和瞬態(tài)狀態(tài)期間被移除或增加）進(jìn)一步穩(wěn)定。與該方法相反，所有其它現(xiàn)有 和計劃的射束注入器使用被動系統(tǒng)，其利用在冷卻劑管與熱電極主體之間的水冷卻和熱中 斷。
[0087] 1. 2.銫通過分配歧管直接供應(yīng)至等離子?xùn)艠O111的表面上，而不供應(yīng)至等離子。 通過分配歧管供應(yīng)銫： -在所有的射束開啟時間期間提供受控的且分配的銫供應(yīng)； -防止典型地由等離子導(dǎo)致的阻塞引起的銫短缺； -在長脈沖期間在其積聚和解除阻塞后減少來自等離子的銫釋放。
[0088] 相反地，現(xiàn)有的離子源將銫直接供應(yīng)入排放隔室中。
[0089] 2. 0 預(yù)加速器（100-keV) 111: 2. 1.使用磁場來在離子提取中使共同提取的電子偏轉(zhuǎn)，并且通過外部磁體而不通過 如在之前的設(shè)計中采用的嵌入柵極主體中的磁體來產(chǎn)生預(yù)加速區(qū)域： -在柵極之間的高電壓間隙中的磁場線在各處均朝受到負(fù)偏壓的柵極凹入，即朝提取 間隙中的等離子?xùn)艠O和朝預(yù)加速間隙中的提取柵極凹入。磁場線朝受到負(fù)偏壓的柵極的凹 陷防止高電壓間隙中的局部潘寧阱和共同提取的電子的俘獲/增加，因為其可在具有嵌入 磁體的構(gòu)造中發(fā)生。
[0090]-可將不帶有嵌入的"低溫"NIB磁體的離子光學(xué)系統(tǒng)（I0S)(柵極111)的電極加 熱至升高的溫度（150-200°C)，并且通過使用熱（100-150°C)的液體而允許長脈沖期間的 熱移除。
[0091]-嵌入磁體的不存在節(jié)省了柵極的發(fā)射孔之間的空間，并且允許引入更有效的電 極加熱/冷卻通道。
[0092] 相反地，之前的設(shè)計利用嵌入柵極主體中的磁體。這導(dǎo)致了高電壓間隙中的靜磁 電阱的形成，該阱俘獲且增加共同提取的電子。這可引起在提取的射束電流中的顯著下降。 其還防止對于長脈沖操作而言關(guān)鍵的升高溫度操作以及適當(dāng)?shù)募訜?冷卻性能。
[0093] 2. 2.離子光學(xué)系統(tǒng)（柵極111)的所有電極通常在升高的溫度（150-20(TC)下被 支撐，來防止它們表面處的銫積聚，并且增加提取和預(yù)加速間隙的高電壓強度。相反地，在 常規(guī)設(shè)計中，電極由水冷卻。電極具有升高的溫度，因為在冷卻劑管與電極主體之間存在熱 中斷，并且不存在主動反饋。
[0094] 2. 3.通過使具有可控溫度的熱液體流動穿過柵極111內(nèi)側(cè)的內(nèi)部通道，執(zhí)行起 動時的柵極111的初始預(yù)熱和射束開啟階段期間的熱移除。
[0095] 2. 4.穿過側(cè)面空間和柵極保持器中的大開口從預(yù)加速間隙額外地泵出氣體，以 便沿著射束線減小氣體壓力，并且抑制間隙中的負(fù)離子剝離和次級粒子的產(chǎn)生/增加。
[0096] 2.5.包含正偏壓柵極111以用來彈回流動的正離子。
[0097] 3. 0 高壓（lMeV)加速器 150: 3. 1.高電壓加速器150不直接聯(lián)接至離子源，而是通過具有彎轉(zhuǎn)磁體130、真空泵和 銫阱的過渡區(qū)域（低能射束傳輸線-LEBT205)與離子源間隔開。過渡區(qū)域： -從射束截取和移除共同流動的粒子中的大多數(shù)，包括電子、光子和中性物； -泵出從離子源110發(fā)出的氣體，并且防止其到達(dá)高電壓加速器150 ; -防止銫流出離子源110并滲透至高電壓加速器150 ; -防止由負(fù)離子剝離產(chǎn)生的電子和中性物進(jìn)入高電壓加速器150。
[0098] 在之前的設(shè)計中，離子源直接連接至高電壓加速器。這導(dǎo)致高電壓加速器遭受所 有的氣體、帶電粒子、和從離子源流出的銫，且反之亦然。該強干涉降低了高電壓加速器的 電壓保持能力。
[0099] 3.2.LEBT205中的彎轉(zhuǎn)磁體130使射束偏轉(zhuǎn)和聚焦至加速器軸線上。彎轉(zhuǎn)磁體 130 ： -在傳輸穿