Ионные источники и инжекторы атомарных пучков

Инжекция мощных пучков атомов водорода или дейтерия широко используется для нагрева и поддержания плазмы в установках с магнитным удержанием. Наиболее востребованный диапазон энергии атомарных пучков изотопов водорода для современных установок УТС 30-150 кэВ. Такие пучки получают с использованием ускоренных до необходимой энергии пучков положительных ионов. В будущих реакторах УТС будут также применяться пучки атомов с энергией 0.5-1 МэВ. Такие пучки можно получить с достаточно большой эффективностью только с использованием отрицательных ионов.

Пучки быстрых атомов также активно используются для изучения плазмы в магнитных ловушках методами активной корпускулярной диагностики. При использовании этих методов параметры плазмы определяются в результате изучения взаимодействия атомов диагностического пучка с плазмой.

Как нагревные, так и диагностические пучки быстрых атомов получают перезарядным методом. Суть метода такова: в начале в ионном источнике инжектора многоапертурная ионно-оптическая система формирует ионный пучок с поверхности плазменного эмиттера и ускоряет его до требуемой энергии. Затем ионы сформированного пучка перезаряжаются в атомы в газовой перезарядной мишени, это необходимо, поскольку заряженные частицы не могут проникать в магнитное поле установки. Таким образом, атомарная инжекция способствует получению плазмы с термоядерными параметрами в случае нагревных инжекторов и получению информации о состоянии плазмы в случае диагностических инжекторов.