中性束注入是聚变等离子体辅助加热的重要手段,而离子源是其核心部件。射频负离子源由于结构简单、工作可靠、长期免维护运行,被公认为ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的参考离子源。为了探究射频等离子体激发和负离子生成引出的关键技术,华中科技大学(HUST)于2011年开始开展了射频负离子源实验平台的设计和搭建。本文重点研究了HUST负氢离子源的束流截面检测技术,该技术能够诊断离子束流的总功率、束流截面分布、发散度和均匀度等参数,对离子源引出系统结构设计和运行参数的优化具有重要意义。研究主要分为三个部分:(1)基于HUST负源大面积多网孔三电极束流引出系统,通过简化的小束几何光学模型,研究了接地栅极(Ground Grid,GG)下游不同距离处束流截面分布规律。发现束流在远离GG过程中,小束之间的重叠不断加强,截面分布从多高斯峰逐渐过渡为平顶峰,最后变为单高斯峰,为截面检测装置的位置选定和方案设计提供了依据。基于束流截面分布规律,设计了两种拦截式束流截面诊断工具。(2)设计了量热计型束流截面诊断系统,测量束流总功率和GG下游远距离束流截面分布。该装置通过准绝热结构铜靶拦截束流,由热电偶阵列测量铜靶各处温升,从而获得截面功率密度分布,并配置有水冷量热系统测量束流总功率。基于ANSYS CFX流-热-固三相耦合热分析,修正了准绝热结构量热计的束流功率密度计算模型,验证了单路水冷结构的可行性,评估了量热计测量束流功率密度截面分布的精度,设计并搭建了17路热电偶温度信号同步采集装置。(3)设计了多钨丝阵列束流截面诊断系统,用于测量距离GG极较近位置的束流截面分布,旨在获得小束的位置、轮廓和强度信息。基本原理是钨丝受热发光,由CCD相机进行拍照测量。基于COMSOL Multiphysics对钨丝进行了热分析,研究了钨丝发光速度、空间分辨率与束流轰击功率密度、钨丝半径之间的关系,发现钨丝的热平衡速度比发光速度慢,在短时间尺度(~1 s)内对小束具有良好的空间分辨率。设计了多钨丝诊断装置的结构和布局,并基于MATLAB编写了CCD图像处理程序。