Ottimizzazione della produzione di ioni pesanti con sorgenti di tipo ECR presso LNL

Il presente lavoro di tesi riguarda uno studio sperimentale condotto sulla sorgente di ioni di tipo ECR denominata LEGIS ed installata presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) dell’INFN. In questo tipo di sorgenti ioni ad alto stato di carica vengono prodotti all'interno di un plasma, confinato in una camera da vuoto (detta camera del plasma) da una particolare configurazione magnetica detta a "B-minimo". Il meccanismo tramite il quale il plasma viene generato e sostenuto prende il nome di Electron Cyclotron Resonance (ECR) e consiste in un'interazione risonante tra onde elettromagnetiche veicolate dall'esterno (nel range dei GHz) ed elettroni, a fronte della quale questi acquisiscono energia sufficiente a ionizzare più volte un gas o vapori metallici precedentemente introdotti. L'efficienza di tale meccanismo dipende dalla particolare configurazione elettromagnetica che si instaura all'interno della camera da vuoto, la quale funge da cavità risonante. La camera del plasma della sorgente LEGIS è stata recentemente modificata a seguito di studi numerici, con lo scopo di ottimizzare il processo di risonanza ECR: la verifica sperimentale dell'efficacia di tale modifica è oggetto del presente lavoro di tesi. Questa è stata condotta ottimizzando la sorgente per la produzione dello ione 136Xe28+, tra i più richiesti dalla comunità scientifica dei LNL. Partendo da risultati ottenuti precedentemente alla modifica ed a questo lavoro di tesi, considerati come riferimento, i test sono consistiti nella corretta applicazione sperimentale della tecnica nota come “frequency tuning”, che consiste nella ricerca della frequenza ottimale di eccitazione del plasma. In questo modo è stato possibile individuare la frequenza che massimizza la produzione dello ione di interesse, pari a 14.444 GHz, che differisce da quella ottenuta tramite i calcoli teorici di poco più di 10 MHz. Inoltre, il corretto tuning della sorgente, non solo in termini di frequenza ma anche degli altri parametri coinvolti nel funzionamento ad eccetto della potenza delle microonde trasmessa al plasma, ha determinato un incremento dell'intensità estratta del 30%, risultato di assoluta rilevanza per i LNL. Dal momento che l’ottimizzazione è stata eseguita senza variare la potenza trasmessa al plasma, a corollario di questo lavoro di tesi è stata effettuata una misura sistematica per evidenziarne l‘influenza sul funzionamento della sorgente, in particolare sulla produzione di alti stati di carica. Test effettuati ionizzando ossigeno hanno dimostrato l'esistenza di una potenza ottimale per la produzione di un particolare stato di carica (nel caso specifico pari a circa 90 W per lo ione O6+), in accordo con la teoria alla base del funzionamento delle sorgenti ECR.