Techniques originales de diagnostic pour les sources d'anions
La prochaine génération d'accélérateurs de protons exige le développement de sources d'ion hydrure (H-) plus performantes que celles qui existent actuellement. Les sources d'anions sont couramment utilisées pour l'injection à échange de charge dans les accélérateurs linéaires ou circulaires, mais elles ont d'autres utilisations que la physique des hautes énergies. Les sources d'ions hydrures sont essentielles pour générer des faisceaux intenses d'espèces neutres énergétiques pour le chauffage du plasma de fusion. En général, les ions hydrures sont produits dans des plasmas d'hydrogène à basse pression, mais les exigences envers la source sont notablement différentes. Le but du réseau HP NIS était de s'attaquer à ce défi technologique, en rassemblant au sein de l'Union européenne toutes les compétences. Pour faciliter l'optimisation des sources d'anion dans les instituts de recherche d'Europe, il était indispensable de mieux en comprendre le fonctionnement. Le Plasma Research Laboratory de la Dublin City University était le partenaire du projet le plus impliqué dans la modélisation du plasma. La complexité de cette tâche a été gérée par le développement simultané de plusieurs programmes. Un code PIC (Particle-In-Cell) sur deux dimensions, avec calcul des collisions par la méthode de Monte Carlo, a fourni la solution de la cinétique non linéaire des plasmas. En associant avec soin ce code et les modèles globaux de chimie, les scientifiques se sont appuyés sur leurs forces dans un domaine pour contrebalancer leurs faiblesses dans l'autre. Pour tester la validité du nouveau couplage numérique des deux modèles, ils ont comparé les évolutions prévues (comme l'élévation de la densité des ions à basse pression) avec les résultats expérimentaux. Dans ce but, ils ont introduit une alternative originale à la spectroscopie d'absorption Cavity Ring Down, qui n'avait jamais été utilisée sur les sources haute puissance d'anions basées sur le césium (Cs). Cette technique de spectroscopie d'absorption laser a permis de mesurer la densité des ions hydrures dans des espèces diluées ou faiblement absorbantes. Les modèles analytiques ont permis de dériver les lois d'échelle, ce qui aurait été difficile à partir des expériences, et peuvent s'appliquer aux sources ioniques de référence pour le projet de fusion ITER.
