[发明专利]用于中性束注入器的光子中和器

说明书

本申请涉及用于中性束注入器的光子中和器。提供用于了中性束注入器的非共振光子中和器，利用了非共振光子累积，其中光子的路径变为混乱并且陷在某个空间区域中，即光子阱。阱优选由彼此面对的两个光滑的反射镜表面形成，反射镜中的至少一个是凹面的。在其最简单的形式中，阱是椭圆形的。限制区域是靠近两个反射镜表面共有的法线族的区域。从最近的共有法线偏离足够小角度的光子受到限制。取决于特定的条件，反射镜表面的形状可以是球形的、椭圆形的、圆柱形的或环形的几何形状之一，或其组合。

本申请是申请日为2015年11月18日、申请号为201580062872.3、发明名称为“用于中性束注入器的光子中和器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本文描述的主题大体涉及中性束注入器，并且尤其是涉及用于基于负离子的中性束注入器的光子中和器。

背景技术

从负离子H-、D-束产生用于等离子体加热或中性束辅助诊断的中性束的传统方法是中和气体或等离子体靶中的负离子束以剥离过量电子。然而，该方法具有明显的效率限制性。当前，例如， 对于设计的具有1 MeV 束的加热注入器[R.Hemsworth et al.，2009, Nucl. Fusion 49 045006]，气体和等离子体靶中的中和效率将分别是大约60%和85%[G.I. Dimov et al., 1975,Nucl. Fusion 15, 551]，这显著地影响了注入器的总效率。此外，这种中和器的应用伴随有并发症，包括由于充气以及在原子束中出现正离子而导致的真空条件恶化，这在一些应用中可能是明显的。

电子从高能负离子的光剥离是束中和的一种诱人方法。这种方法不需要气体或等离子体充入中和器容器内，它不产生正离子，并且它有助于由于负离子而导致的杂质部分的束清除。电子的光剥离对应于如下过程：H^-+ hω = H⁰+e。类似于大多数的负离子，H-离子具有单稳定态。然而，从受激态进行光剥离是可能的。光剥离横截面是公知的[例如参见L.M.Branscomb et. al，Phys.Rev.Lett.98，1028 (1955)]。光剥离横截面在宽光子能量范围内是足够大的，几乎与所有的可见的和近红外光谱重叠。

这种光子不能打破来自H0的电子或者来自H-的所有电子并产生正离子。该方法由J.H. Fink和A.M. Frank在1975年提出[J.H. Fink et al.， Photo Detachment of electrons from negative ion in a 200 keV deuterium beam source，Lawrence Livermore Natl. Lab. (1975)，UCRL-16844]。从那时起，已经提出了许多用于光子中和器的提议。通常，光子中和器提议是基于光学共振器，类似于Fabri-Perot单元。这种光学共振器需要具有非常高的反射率的反射镜以及具有细线的强光源，并且所有的光学元件需要非常准确地被调谐。例如，在由Kovari所考虑的提议中[M. Kovari et al.， Fusion Engineering and Design 85(2010) 745–751]，要求反射镜的反射率不小于99.96%，要求总的激光输出功率为大约800 kW，输出强度为大约 300W/cm²，并且要求激光器带宽小于100 Hz。一起实现这些参数是不大可能的。

因此，希望提供一种非共振光中和器。

发明内容