Ionenpulse aus negativen Ionen bringen die Forschung im Bereich der Kernfusion voran
Negative Wasserstoffionen, auch als Hydridionen bekannt, bestehen aus einem gewöhnlichen Wasserstoffatom mit einem zusätzlichen Elektron. Durch das zusätzliche Elektron kommt es zur überschüssigen negativen Ladung und zur Bildung des entsprechenden Ions. Quellen für negative Wasserstoffionen, die mit Hochfrequenz arbeiten, werden momentan häufig bei einer Reihe von speziellen physikalischen Experimenten verwendet. Zusätzlich wird die nächste Generation von Beschleunigern lange Pulsdauern und hohe Intensitäten von negativen Ionen benötigen. Das von der Europäischen Union geförderte HP NIS-Projekt hat die schwierige Aufgabe der Erforschung dieser Ionenquellen und der Erzeugung der erforderlichen Pulse erfolgreich gemeistert. Die negativen Ionen werden durch eine Ionenquelle erzeugt und anschließend mit einem Linearbeschleuniger beschleunigt, bevor sie in die Kompressionsringe geleitet werden. Die Anwesenheit des Elements Cäsium verändert die Emissionseigenschaften der Ionenquelle. Beim HP NIS-Projekt wurde eine cäsiumfreie Hochfrequenzquelle verwendet. Durch die entwickelte neuartige Versuchsanordnung konnte eine noch nie erreichte Pulsleistung erzielt werden. Die Stromstärke erreichte 54 Milliampere. Mit einem Öffnungsdurchmesser der Ionenquelle von 6,5mm konnten Stromdichten von bis zu 163 Milliampere pro Quadratzentimeter erreicht werden. Diese Rekordwerte wurden bisher noch nie zuvor von einer internationalen Forschergruppe erreicht, die mit cäsiumfreien Wasserstoffquellen gearbeitet hat. Hohe Ströme und hohe Stromdichten sind aber nicht die einzigen Anforderungen, die an eine Ionenquelle gestellt werden. Die Länge des Ionenpulses, also die Zeitdauer, ist ebenfalls sehr wichtig. Während des HP NIS-Projekts konnte die Pulsdauer auf die Rekordmarke von 3 Millisekunden ausgedehnt werden. Die Kombination von Strom und Zeitdauer ermöglichte einen Puls, der die längste Pulsdauer und den höchsten Strom aufwies, der je mit einer Volumenquelle erzielt werden konnte. Die erzielten Resultate werden die zukünftige Forschung im Bereich der Kernfusion, bei der Ionenquellen für negative Ionen von hoher Wichtigkeit sind, erleichtern.
