核融合プラズマでは、核燃焼の維持や電流を流すために⼤電流・⾼エネルギー中性粒⼦ビームをプラズマに⼊射する必要がある。中性粒⼦ビームは、正イオンに⽐べ⾼エネルギー条件でも中性化効率の⾼い負イオンをビームとして引き出し、中性化させビームを⽣成する。しかし、多量の負イオン⽣成のためにはイオン源内のプラズマ中で電⼦を原⼦または分⼦に付与させる必要性がある。また、ビームの⾼い中性化効率や集束性を得る必要性がある。このような課題を解決する新しい中性粒⼦ビームの基礎研究や技術開発が求められている。

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トカマク型核融合炉の特徴は、プラズマに数 MA 以上の⼤電流を流し、プラズマのもつ抵抗によってジュール発熱をさせ、プラズマを加熱することである。しかし、プラズマの抵抗値は温度の３/２乗に逆⽐例して⼩さくなるため、１keV 程度までしかプラズマを加熱することができない。そこで、外部からプラズマを加熱する１つの⽅法として、中性粒⼦ビームがある。ITER ではビームエネルギー１MeV、ビーム電流４０A、パルス幅３６００秒が求められている。そして、原型炉では２MeV、数⼗ A、定常運転の中性粒⼦ビームが必要と考えられる。このような、⾼エネルギー中性粒⼦ビームを⽣成するために、正イオンに⽐べ⾼エネルギー領域においても中性化効率が⾼い、負イオンがビーム源として使⽤されている。現在、負イオンの⽣成にはイオン源内に仕事関数が低いセシウムを添加する必要性がある。中性化には、イオンビームをガスに通過させることで、荷電交換により６０％程度のイオンビームの中性化を⾏っている。しかし、メンテナンス性・経済性の観点から、セシウムを使わない負イオン⽣成及び、中性化効率の⾼い中性化⽅式の研究・開発が求められている。さらに、重要になってくるのが⾼い集束性を有するビームを作ることである。ビームの集束性はビームラインの損傷やプラズマの加熱・電流効率に⼤きな影響を与える。イオンを加速する電極やイオン源でのプラズマの状態にも⼤きく影響されることから、どのように集束性を担保するのかも⼤きな研究課題となっている。これらの研究は他分野（加速器、医療、産業）でも重要な基礎技術となる。また、中性粒⼦ビームによるプラズマの加熱・電流駆動効率に関する研究も、注⽬されている。これらの研究が将来の核融合炉設計に重要な指針を⽰すものとなる。