强流离子源是托卡马克中性束注入器的核心部件, 为了满足未来对高能量离子束中性化效率的要求, 负离子源成为中性束注入系统的首选。 光腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy, CRDS)是一种超高灵敏探测吸收光谱技术。 在强流负离子源中, 利用氢负离子的光致剥离过程, CRDS可以用来测量氢负离子的绝对积分密度。 与激光光致剥离法与光学发射光谱法相比, CRDS具有不受电磁干扰、 不依赖等离子体参数、 测量精度高等优点。 强流离子源负离子密度测量所用CRDS系统由激光器、 光学谐振腔、 光电探测器和数据采集系统四部分组成。 本文根据CRDS测量氢负离子密度的原理, 详细推导了氢负离子密度的计算方法, 给出了氢负离子密度测算表达式; 然后, 结合强流离子源实验室应用的具体情况, 分析了各部分装置的选择原则与注意事项; 最后, 介绍了CRDS技术在德国马克斯-普朗克等离子体物理研究所、 日本国立聚变科学研究所、 意大利Consorzio RFX研究所强流负离子源研究中的应用情况。 实验结果表明, 源腔气压、 源功率等源参数会影响氢负离子密度; 铯的注入可以将氢负离子密度从1016 m-3量级提高到1017 m-3量级; 同时, 日本NIFS的实验结果证明氢负离子密度与引出电流呈线性关系。

为了克服目前潘宁(PIG)离子源中子管引出正离子所带来的诸多不利因素, 使用PIG型氢负离子源作为中子管的离子源, 研究了氢负离子产生的机理, 以期在中子管中获得应用。给出了PIG离子源结构, 根据氢负离子产生的方式和条件, 结合CST软件仿真实验, 确定在对阴极和引出孔附近区域存在氢负离子, 而且是氢负离子密度比较大的区域。实验中, 通过负离子源产生系统证实了氢负离子的存在及分布规律, 中子监测仪测量自成靶50 mm负离子源陶瓷中子管, 中子产额较传统正离子中子管高出一个数量级以上。