公开的目的，并且用于 约束要求保护的主题的目的，该主题与在实施例和/或权利要求中的特征的组合无关。还 清楚地注意到，所有的值范围或实体的集合的指示公开了每个可能的中间值，或中间实体， 以用于原始公开的目的，并且用于约束公开的主题的目的。
[0055] 在本文中提供的实施例涉及新的基于负离子中性射束注入器，其具有优选地为大 约500-1000keV的能量和高整体能量效率。在图1和图2中示出了基于负离子的中性射束 注入器100的实施例的优选布置。如所绘出的，注入器100包括：离子源110、闸门阀120、 用于偏转低能射束线的偏转磁体130、绝缘体支撑140、高能加速器150、闸门阀160、中和器 管（示意地显示）170、分离磁体（示意地示出）180、闸门阀190、泵送面板200和202、真空 罐210 (其为在下面讨论的真空容器250的部分）、低温吸附泵220、和四极透镜的三合体 230。如所注意到的，注入器100包括离子源110、加速器150以及中和器170,来产生具有 大约0. 50至1.OMeV的能量的大约5丽的中性射束。离子源110位于真空罐210内侧并且 产生9A的负离子射束。真空罐210偏压至相对于地的-880kv，并且在填充有一匕气体的较 大直径罐240内侧安装于绝缘支撑140上。由离子源产生的离子在注入高能加速器150中 之前，通过离子源110中的静电多孔栅极预加速器111 (见图9)预加速至120keV，该预加速 器111用来从等离子提取离子射束，并且加速至需要的射束能量的一些部分。来自离子源 110的120keV射束行进穿过一对偏转磁体130,其允许射束在进入高能加速器150之前从 轴线移开。显示为在偏转磁体130之间的泵送面板202包括隔离和铯阱（trap)。
[0056] 假定离子源110的气体效率为大约30%。9-10A的射出的负离子射束电流对应于 离子源110中的6-7ITorr/s的气体喷出。从离子源110流出的中性气体累积至预加速 器111中的大约2xl(T4Torr的平均压力。在该压力下，中性气体引起在预加速器111内侧 的离子射束的~10%的剥离损耗。在偏转磁体130之间，存在用于中性粒子的贮存器（未 显示），该中性粒子起源于主负离子射束。还存在用于从高能加速器150回流的正离子的贮 存器（未显示）。在预加速后立即使用带有来自泵送面板200的差压泵送的低能射束传输 线区域205,来在其到达高能加速器150之前将气体压力降低至~10_ 6Torr。这引入了附加 的~5%的射束损耗，但是由于其在低预加速能量下发生，故功率损耗相对小。高能加速器 150中的电荷交换损耗在KT6Torr背景压力下低于1%。
[0057] 在加速至IMeV的满能量后，射束进入中和器170,在此其被部分地转换成中性射 束。剩余的离子种类由磁体180分离并被引导入静电能量转换器（未显示）中。中性射束 行进穿过闸门阀190并进入等离子隔室270。
[0058] 真空容器250被分解成两个区段。一个区段包含第一真空罐210中的预加速器 111和低能射束线205。另一区段容纳在第二真空罐255中的高能射束线265、中和器170 和带电粒子能量转换器/恢复器。真空容器250的区段通过在内侧具有高能加速器管150 的隔室260连接。
[0059] 第一真空罐210是预加速器111和低能射束线205的真空边界，并且利用一匕加压 较大直径罐或外部容器240以用于高电压绝缘。真空罐210和255用作用于内部设备（例 如，磁体130、低温吸附泵220等）的支撑结构。从内部热承受构件的热移除将利用冷却管 来实现，在被偏压至-880KV的第一真空罐210的情况下，该冷却管必须进行绝缘间歇。
[0060] 离子源： 在图9中显示了离子源110的示意图。离子源包括：静电多孔预加速器栅极111、陶瓷 绝缘体112、RF型等离子驱动器113、永磁体114、等离子箱115、冷却水通道和岐管116、和 气体阀117。在离子源110中，使用等离子预加速器栅极111的铯化钼表面，将由等离子驱 动器113形成的正离子和中性原子转换成等离子膨胀体积（驱动器113与栅极111之间的 体积，在图9中由标注"PE"的括弧指示）中的负离子，该体积带有如由永磁体114提供的 磁性多极桶外壳。
[0061] 施加用于去往等离子预加速器栅极111的电子的收集的正偏压电压，以用于负离 子产生的优化条件。使用等离子预加速器栅极111中的孔111B的几何成形，来将IT离子 聚焦入提取栅极的孔111B中。使用由外部永磁体114产生的小的横向磁性过滤器来降低 电子的温度，该电子从等离子箱115的驱动器区域或等离子发射器区域PE扩散至等离子箱 115的提取区域ER。等离子中的电子通过由外部永磁体114产生的小的横向磁性过滤器场 而从提取区域ER反射回。离子在注入高能加速器150中之前通过离子源110中的静电多 孔预加速器等离子栅极111而加速至120keV。在加速到高能量之前，离子射束在直径上为 大约35cm。离子源110因而必须在孔111B中产生26mA/cm2,从而在预加速器等离子栅极 111中呈现33%透明度。
[0062]对等离子箱115进行供给的等离子通过等离子驱动器113的阵列而产生，该等离 子驱动器113安装在等离子箱的后凸缘115A上，该等离子箱优选地为圆柱形水冷铜隔室 (700mm直径持续170mm长）。等离子箱115的开放端部由提取和加速系统的预加速器等离 子栅极111封闭。
[0063] 假定负离子将在等离子栅极111的表面上产生，该等离子栅极111覆盖有铯的薄 层。通过使用铯供应系统（在图9中未显示）将铯引入等离子箱115中。
[0064] 离子源110由永磁体114围绕，以形成用于初级电子和等离子约束的线尖端构造。 等离子箱115的圆柱形壁上的磁体柱114A在后凸缘115A处由也处于线尖端构造的磁体 114B的排连接。等离子栅极111的平面附近的磁性过滤器将等离子箱115分成等离子发射 器PE和提取区域ER。过滤器磁体114安装于等离子栅极111附近的凸缘111A处，来提供 横向磁场（在中心处，B=107G)，其用来防止来自离子驱动器113的高能初级电子到达提取 区域ER。但是，正离子和低能电子可跨过过滤器扩散到提取区域ER中。
[0065] 电极提取和预加速系统111包括五个电极111(：、1110、11^、111?、1116，各自具有 形成为正交穿过其形成其并且用来提供负离子射束的142个孔洞或孔111B。提取孔111B 各自在直径上为18mm，使得142个提取孔的总离子提取区域为大约361cm2。负离子电流密 度为25mA/cm2,并且被要求产生9A的离子射束。过滤器磁体114C的磁场延伸到静电提取 器与预加速器栅极111之间的间隙中，来使共同提取的电子偏转到孔111B的内表面处的凹 槽上，该孔111B在提取电极111C、111D和111E中。磁性过滤器磁体114C的磁场与附加的 磁体114D的磁场一起提供与负离子共同提取的电子的偏转和截取。附加的磁体114D包括 安装在加速器栅极的加速器电极111F和111G的保持器之间的磁体阵列，该加速器栅极定 位在包括提取电极111C、111D以及111E的提取栅极的下游。将负离子加速至120keV的能 量的第三栅极电极111E从接地栅极电极111D被正偏压，来将进入预加速器栅极的流动的 正离子反射回。
[0066] 等离子驱动器113包括两个备选项，即RF等离子驱动器和电弧放电原子驱动器。 在原子驱动器中使用BINP开发的电弧放电电弧等离子发生器。电弧放电等离子发生器的 特征由导向等离子射流的形成组成。膨胀的射流中的离子没有冲突地移动，并且由于通过 双极等离子电势的下降的加速，而获得~5-20eV的能量。等离子射流可被导向至转换器 (见在图10中的320)的倾斜的钼或钽表面上，其中，作为射流的中性化和反射的结果，产 生氢原子流。氢原子的能量可通过转换器的相对于等离子箱115的负偏压而增大至超出 初始的5-20eV。关于利用这种转换器获得原子的密集流的实验于1982-1984年在Budker Institute中进行。
[0067] 在图10中，低能量原子的源的先进布置300显示为包括气体阀310、阴极插入物 312、直通至加热器314的电供应、冷却水歧管316、LaB6电子发射器318、和离子-原子转 换器320。在实验中，已经以大于50%的效率产生了氢原子流，该氢原子流具有20-25A的 等效电流和在20eV至80eV的范围中变化的能量。
[0068] 此种源可用在负离子源中，以供应原子，该原子具有为了等离子栅极111的铯化 表面上的负离子的有效产生而优化的能量。
[0069]低能射束传输线 利用通过离子源110的外围磁场且通过两个专用楔形弯转磁体130的磁场造成的偏 差，使H-离子垂直于它们的运动方向移置440mm，该H-离子通过离子源110在沿着低能射 束传输线205的它们的通路上产生且预加速至120keV的能量。提供低能射束传输线205中 的负离子射束的移置（如在图11中所示出的），来分离离子源110和高能加速器区域150。 使用该移置来避免