Realizzazione di fasci di ioni negativi di massima qualità
Col tempo, nuove tecniche in fase di sviluppo garantiranno la minima emittanza possibile per fasci di particelle prodotti con l'accelerazione di ioni idrogeno negativi sottoposti a compressione magnetica. In risposta alle problematiche di natura tecnica sollevate dalla prossima generazione di acceleratori di protoni ad alta energia, il Quinto Programma Quadro ha finanziato parzialmente il progetto HP NIS. Diversi team provenienti da laboratori europei hanno messo a disposizione la loro esperienza e competenza per lo sviluppo di fonti di ioni idrogeno negativi con un'affidabilità mai raggiunta prima. I ricercatori dell'università di Francoforte, in Germania, hanno fornito un insieme di strumenti diagnostici per misurazioni dettagliate delle proprietà dei fasci di ioni. Ciò ha implicato l'applicazione di tecniche non distruttive per l'esecuzione di misurazioni on-line durante il funzionamento dell'acceleratore. Gli ioni idrogeno negativi offrono l'opportunità di eseguire attività diagnostiche non distruttive sui fasci, in base all'effetto della fotoseparazione. Tramite l'interazione di ioni idrogeno negativi e luce laser con una lunghezza d'onda compresa tra 600 e 100nm, è possibile separare l'elettrone aggiuntivo e produrre un numero limitato di atomi neutri. Può essere utilizzato, quindi, un ulteriore campo magnetico per separare gli elettroni e gli atomi neutri staccati dagli ioni. Il numero e la distribuzione degli elettroni separati o degli atomi neutri prodotti, inoltre, può essere analizzato mentre il fascio di ioni viene utilizzato. Sono stati progettati vari sistemi di rilevamento con risoluzione spaziale allo scopo di esaminare la distribuzione totale della densità tridimensionale degli atomi neutralizzati. Dal momento che né i fotoni laser né gli elettroni separati trasferiscono un momento significativo agli atomi neutralizzati, la loro distribuzione corrisponderebbe a quella del fascio di ioni primario. È stato adoperato uno scintillatore TOF (Time-Of-Flight) per la misurazione dei tempi di volo, allo scopo di fornire la distribuzione della densità trasversale e longitudinale del fascio di ioni primario. Un secondo scintillatore con risoluzione spaziale ha rivelato, assieme a una fotocamera CCD (Charge-Coupled Device), gli atomi neutralizzati per la stima dell'emittanza trasversa. Gli esperimenti diagnostici condotti presso i laboratori dell'università di Francoforte hanno chiarito i vantaggi della diagnostica dei fasci senza parti meccaniche per l'intercettazione del fascio di ioni rispetto ai sistemi di diagnostica del fasci convenzionali.
