Nuove tecniche diagnostiche per le fonti di ioni negativi
Lo sviluppo di fonti di ioni di idrogeno negativo (H-) con prestazioni che superano quelle ottenute oggigiorno è un requisito chiave per la nuova generazione di acceleratori protonici a potenza elevata. Nonostante siano usati ampiamente negli acceleratori per l'iniezione a scambio di carica da macchine lineari a circolari, gli ioni negativi hanno diverse applicazioni oltre alla fisica ad alta energia. Le fonti di ioni di idrogeno negativo sono un elemento chiave nella formazione di fasci intensi di neutri energetici per il riscaldamento del plasma in fusione. In generale, gli ioni di idrogeno negativo vengono prodotti in plasma di idrogeno a bassa pressione, ma le necessità della fonte sono molto diverse. Lo scopo principale della rete HP NIS era quello di riunire tutte le competenze all'interno dell'Unione Europea per rispondere a questa sfida tecnologica. Per promuovere l'ottimizzazione delle fonti di ioni negativi esistenti negli istituti di ricerca europei, si è cercato di comprendere meglio il funzionamento delle fonti. Il Plasma Research Laboratory della Dublin City University è stato il partner di progetto maggiormente coinvolto nella modellizzazione del plasma. La complessità di questo compito è stata affrontata con lo sviluppo simultaneo di diversi codici. Un codice Particle-In-Cell bidimensionale (2D) con calcoli di collisioni di Monte Carlo ha fornito una soluzione alla cinetica del plasma non lineare. Unendo attentamente il codice con i modelli di chimica globale, gli scienziati hanno fatto ricorso ai punti di forza di un'area per affrontare i punti deboli dell'altra. Per analizzare la validità del nuovo schema numerico che unisce i due modelli, le tendenze comportamentali previste, come l'aumento della densità di ioni a pressioni inferiori, sono state confrontate con i dati sperimentali. A questo scopo, è stata introdotta una nuova alternativa alla spettroscopia Cavity Ring Down, che non era ancora stata applicata alle fonti di ioni negativi ad alta energia arricchiti con cesio (Cs). La tecnica di spettroscopia di assorbimento basata su laser è stata applicata per misurare la densità degli ioni di idrogeno negativo delle specie diluite o ad assorbimento debole. Le leggi di scala sono state ricavate dai modelli analitici, ma sarebbe difficile farlo dagli esperimenti, e si potrebbero applicare alle fonti di ioni di riferimento per il progetto di fusione ITER.
