Nowe techniki diagnostyczne źródeł jonów ujemnych
Opracowanie źródeł ujemnych jonów wodoru (H-) o wydajnościach przekraczających uzyskiwane dzisiaj jest kluczowym wymaganiem dla kolejnej generacji wysokoenergetycznych akceleratorów protonów. Chociaż jony ujemne są szeroko stosowane w akceleratorach do wstrzykiwania z wymianą ładunku z urządzenia liniowego do kołowego, mają one również szereg zastosowań poza fizyką wysokich energii. Źródła jonów ujemnych są kluczowym elementem tworzenia intensywnych wiązek wysokoenergetycznych cząstek obojętnych używanych do podgrzewania plazmy w celu przeprowadzenia syntezy jądrowej. Ogólnie mówiąc, ujemne jony wodoru wytwarzane są z niskociśnieniowej plazmy wodorowej, ale wymagania dotyczące źródła różnią się znacznie. Zasadniczym celem sieci HP NIS było połączenie wszystkich kompetencji w ramach Unii Europejskiej w celu odpowiedzi na to wyzwanie technologiczne. Aby działać na rzecz optymalizacji źródeł jonów ujemnych istniejących w europejskich instytutach badawczych, konieczne było lepsze zrozumienie działania źródła. Laboratorium Plasma Research Laboratory na Uniwersytecie w Dublinie było partnerem projektu najbardziej zaangażowanym w modelowanie plazmy. Z powodu złożoności tego zagadnienia opracowano jednocześnie kilka kodów oprogramowania. Dwuwymiarowy (2D) kod typu „cząstka w komórce” z obliczeniami metodą Monte-Carlo zapewnił rozwiązanie dla nieliniowej kinetyki plazmy. Starannie łącząc kod z globalnymi modelami chemicznymi, naukowcy wykorzystali swoje mocne strony w jednym obszarze, aby poradzić sobie ze słabymi punktami w innym. Aby sprawdzić poprawność nowego schematu numerycznego łączącego dwa modele, porównano przewidywane trendy zachowań, takie jak zwiększona gęstość jonów przy niższym ciśnieniu, z danymi eksperymentalnymi. W tym celu wprowadzono alternatywną do metody CRDS nowatorską metodę spektroskopii, której dotychczas nie stosowano do wysokoenergetycznych źródeł jonów ujemnych wykorzystujących cez (Cs). Ta technika laserowej spektroskopii absorpcyjnej zastosowana została do pomiaru gęstości ujemnych jonów wodoru w próbkach rozrzedzonych lub słabo pochłaniających. Na podstawie modeli analitycznych opracowano prawa skalowania, które trudno uzyskać na drodze doświadczalnej i które można zastosować do referencyjnych źródeł jonów w projekcie ITER dotyczącym syntezy jądrowej.
