Studio della dinamica degli elettroni in plasmi magneticamente confinati mediante metodi numerici

Le sorgenti di ioni di tipo ECR sono dispositivi di largo uso per la produzione di fasci stabili di ioni positivi per esperimenti di fisica nucleare, nonché per aumentare lo stato di carica degli ioni radioattivi prodotti nei cosiddetti Target-Ion-Source system delle facility ISOL, tecnica nota come Charge Breeding. Al loro interno un plasma viene generato da un’interazione risonante tra onde elettromagnetiche (nel range dei GHz) ed elettroni (l’Electron Cyclotron Resonance che conferisce il nome a questi dispositivi), e confinato da un particolare configurazione magnetica detta “a B-minimo”. A seguito del processo risonante gli elettroni sono in grado di ionizzare gas o vapori metallici e produrre ioni ad alto stato di carica, che poi vengono estratti applicando alla sorgente un’opportuna differenza di potenziale rispetto a massa. L’output ionico, in termini di intensità e stato di carica, dipende fortemente dall’energia raggiunta dagli elettroni a seguito dell’interazione risonante, la quale a sua volta dipende fortemente dalla frequenza utilizzata. Questo lavoro di tesi si propone lo sviluppo di un codice in MatLab che integri l’equazione del moto degli elettroni del plasma in presenza di campi elettromagnetici statici e variabili, al fine di calcolare la loro distribuzione spaziale ed energetica. Lo scopo è quello di dedurre numericamente l’effetto di una determinata frequenza sulla capacità degli elettroni di produrre alti stati di carica, ottenendo uno strumento predittivo per la progettazione di nuovi dispositivi. Il codice implementerà poi altri fenomeni fisici alla base del funzionamento di queste sorgenti, come i processi di ionizzazione e scambio carica.