因加速管150中的剩余的氢的IT射束的剥离导致的快速原子的渗透，来 减少从离子源110到加速管150的铯和氢的流，并且还用于抑制从加速管150到离子源110 的次级离子通量。在图11中，显示了在低能射束传输线中的H-离子的计算的轨迹。
[0070] 高能射束管 从低能射束线逸出的低能射束进入图12中显示的常规静电多孔加速器150中。
[0071] 考虑空间电荷贡献的9A负离子射束加速的计算的结果在图13中显示。将离子 从120keV能量加速直至IMeV。在管150上的加速度势为880kV，且电极之间的电势阶梯为 110kV〇
[0072] 计算显示，在电子放电可能发生的区域中，在电极上的优化加速管150中，场强度 不超过50kV/cm。
[0073] 在加速后，射束行进穿过工业常规四极透镜231、232和233 (图14)的三合体230， 其用来补偿在加速管150的出口上的轻微的射束离焦，并且用来在出口端口上形成具有优 选尺寸的射束。三合体230安装在高能射束传输线265的真空罐255内。四极透镜231、 232和233中的各个包括四极电磁体的常规组，其产生如在所有的现代常规粒子加速器中 发现的惯例的磁性聚焦场。
[0074] 在图15中显示了，在加速管150、四极透镜230以及高能射束传输线265中的具有 12eV的横向温度的9A负离子射束的计算的轨迹。计算遵循超出其聚焦点的射束。
[0075] 在径向剖面的一半高度处，在中和器后12. 5m距离处的具有6A等效电流的中性射 束的计算的直径为140mm，并且射束电流中的95%在180mm直径圆周中。
[0076] 中性化 选择用于射束系统的光致分离中和器170可实现多于95%的离子射束剥离。中和器 170包括氙灯和圆柱形光阱的阵列，该圆柱形光阱带有反射壁来提供要求的光子密度。使 用具有大于0. 99的反射率的冷却镜来适应壁上的大约70kW/cm2的功率通量。在备选方案 中，可使用利用常规技术的等离子中和器，但代价是效率上的轻微下降。然而，如所预测的， 如果能量回收系统具有>95%的效率，那么等离子室的~85%中性化效率是相当充分的。
[0077] 等离子中和器等离子被约束在在壁处具有多极磁场的圆柱形隔室175中，该多极 磁场由永磁体172的阵列产生。在图16中显示了约束装置的概要视图。中和器170包括 冷却水歧管171、永磁体172、阴极组件173和LaB6阴极174。
[0078] 圆柱形隔室175为1. 5_2m长，并且在用于射束行进穿过的端部处具有开口。通过 使用安装在约束隔室175的中心处的若干阴极组件173来生成等离子。在装置170的中心 附近供应工作气体。在利用这种等离子中和器170的原型的实验中，观测到，由壁处的多极 磁场172进行的电子的约束足够好并且比等离子离子的约束好相当多。为了使离子和电子 损耗均衡，在等离子中发展了相当的负电势，以便离子由电场有效地约束。
[0079] 相当长的等离子约束导致维持支持中和器170中的大约1013cnT3的等离子密度所 需的相对低的放电功率。
[0080] 能量恢复 存在在我们的条件下的高功率效率的实现的客观原因。首先，存在：相对小的离子射束 电流和低能量扩展。在本文中描述的方案中，通过利用等离子或蒸汽金属靶，剩余离子电流 在中和器后期望为~3A。这些带有正或负电荷的剔出离子的流将通过偏转磁体180而转移 至两个能量恢复器，各一个分别用于正和负离子。已经进行了这些剩余的剔出离子射束的 减速的数值模拟，该射束典型地带有在恢复器内的直接转换器中的IMeV能量和3A，而没有 空间电荷补偿。直接转换器将在剩余的剔出离子射束中包含的能量的相当大的部分直接转 换成电力，并作为用于并入热循环中的高质量热来供应能量的剩余部分。直接转换器遵循 静电多孔减速器的设计，由此带电电极的连续区段产生纵向中断场并且吸收离子的动能。 [0081] 图17显示了转换器中的离子射束减速的二维计算的结果。从显示的计算，可见具 有IMeV能量的离子射束低至30keV能量的减速是十分可行的，因而可获得96-97%的恢复 因数值。
[0082] 已经分析了基于负离子的高功率中性射束注入器的之前的开发尝试，来揭露出阻 止实现具有~IMeV的稳定状态操作和若干MW的功率的注入器的至今的关键问题。其中最 重要的为： ?铯层的控制，和损耗以及重新沉积（温度控制等） ?用以提取的负离子的表面产生的优化 ?共同流动的电子的分离 ?因内部磁场导致的等离子栅极处的离子电流剖面的非均一性 ?低离子电流密度 ?加速器是复杂的，并且许多新技术仍正在被开发（低电压保持能力，大绝缘体等） ?回流正离子 ?先进的中和器技术（等离子、光子）未在相关条件下被证实 ?能量转换未充分发展 ?管中的射束阻塞。
[0083]在本文中提供的问题的创新性解决方案可根据与它们连接的系统（即负离子源、 提取/加速、中和器、能量转换器等）而分组。
[0084] 1.0 负离子源 110: 1. 1.等离子箱115和等离子驱动器113的内部壁保持在升高的温度（150-200°C)下， 来防止它们的表面上的铯积聚。
[0085] 升高的温度： -防止由解吸/溅射引起的不受控制的铯释放，并且降低其到离子光学系统（栅极 111)中的渗入； -减少壁处的铯层中的氢原子的吸收和重组； -减小铯的消耗和中毒。
[0086] 为了实现其，使高温流体循环穿过所有构件。表面的温度通过主动反馈控制（即： 热在CW操作和瞬态状态期间被移除或增加）进一步稳定。与该方法相反，所有其它现有 和计划的射束注入器使用被动系统，其利用在冷却剂管与热电极主体之间的水冷却和热中 断。
[0087] 1. 2.铯通过分配歧管直接供应至等离子栅极111的表面上，而不供应至等离子。 通过分配歧管供应铯： -在所有的射束开启时间期间提供受控的且分配的铯供应； -防止典型地由等离子导致的阻塞引起的铯短缺； -在长脉冲期间在其积聚和解除阻塞后减少来自等离子的铯释放。
[0088] 相反地，现有的离子源将铯直接供应入排放隔室中。
[0089] 2. 0 预加速器（100-keV) 111: 2. 1.使用磁场来在离子提取中使共同提取的电子偏转，并且通过外部磁体而不通过 如在之前的设计中采用的嵌入栅极主体中的磁体来产生预加速区域： -在栅极之间的高电压间隙中的磁场线在各处均朝受到负偏压的栅极凹入，即朝提取 间隙中的等离子栅极和朝预加速间隙中的提取栅极凹入。磁场线朝受到负偏压的栅极的凹 陷防止高电压间隙中的局部潘宁阱和共同提取的电子的俘获/增加，因为其可在具有嵌入 磁体的构造中发生。
[0090]-可将不带有嵌入的"低温"NIB磁体的离子光学系统（I0S)(栅极111)的电极加 热至升高的温度（150-200°C)，并且通过使用热（100-150°C)的液体而允许长脉冲期间的 热移除。
[0091]-嵌入磁体的不存在节省了栅极的发射孔之间的空间，并且允许引入更有效的电 极加热/冷却通道。
[0092] 相反地，之前的设计利用嵌入栅极主体中的磁体。这导致了高电压间隙中的静磁 电阱的形成，该阱俘获且增加共同提取的电子。这可引起在提取的射束电流中的显著下降。 其还防止对于长脉冲操作而言关键的升高温度操作以及适当的加热/冷却性能。
[0093] 2. 2.离子光学系统（栅极111)的所有电极通常在升高的温度（150-20(TC)下被 支撑，来防止它们表面处的铯积聚，并且增加提取和预加速间隙的高电压强度。相反地，在 常规设计中，电极由水冷却。电极具有升高的温度，因为在冷却剂管与电极主体之间存在热 中断，并且不存在主动反馈。
[0094] 2. 3.通过使具有可控温度的热液体流动穿过栅极111内侧的内部通道，执行起 动时的栅极111的初始预热和射束开启阶段期间的热移除。
[0095] 2. 4.穿过侧面空间和栅极保持器中的大开口从预加速间隙额外地泵出气体，以 便沿着射束线减小气体压力，并且抑制间隙中的负离子剥离和次级粒子的产生/增加。
[0096] 2.5.包含正偏压栅极111以用来弹回流动的正离子。
[0097] 3. 0 高压（lMeV)加速器 150: 3. 1.高电压加速器150不直接联接至离子源，而是通过具有弯转磁体130、真空泵和 铯阱的过渡区域（低能射束传输线-LEBT205)与离子源间隔开。过渡区域： -从射束截取和移除共同流动的粒子中的大多数，包括电子、光子和中性物； -泵出从离子源110发出的气体，并且防止其到达高电压加速器150 ; -防止铯流出离子源110并渗透至高电压加速器150 ; -防止由负离子剥离产生的电子和中性物进入高电压加速器150。
[0098] 在之前的设计中，离子源直接连接至高电压加速器。这导致高电压加速器遭受所 有的气体、带电粒子、和从离子源流出的铯，且反之亦然。该强干涉降低了高电压加速器的 电压保持能力。
[0099] 3.2.LEBT205中的弯转磁体130使射束偏转和聚焦至加速器轴线上。弯转磁体 130 ： -在传输穿