利用朗缪尔探针测量大型负离子源中的负离子密度

基于负离子的中性束注入器（NBIs）是未来聚变反应堆（如ITER）的主力设备，预计为其提供高达\SI{33}{MW}的功率以加热聚变等离子体。负氢离子从RF等离子体中提取，其中磁过滤场冷却到达所谓膨胀区的电子，并允许在等离子体栅板的孔径附近形成负离子。为了进一步改善负离子的产生，通常在源内蒸发铯并沉积到等离子体壁上，从而降低表面的功函数。这显著增加了表面附近的负氢离子密度，导致等离子体栅板附近转变为电负性等离子体。该状态可用朗缪尔探针观测，从而可用于提供离子源中负离子密度的局部测量。在本文中，我们利用嵌入在SPIDER（ITER NBIs的原型离子源）等离子体栅板中的朗缪尔探针传感器所提供的测量来确定负离子密度。提出了一种基于确定不同等离子体物种收集面积的拟合方法，并针对SPIDER实验条件进行了调整，考虑了探针的形状和磁场的局部拓扑。然后将该方法应用于实验数据，确定了等离子体脉冲期间正离子、负离子和电子的密度。最后，利用等离子体栅板中四个探针组成的垂直阵列来评估等离子体参数的垂直分布。