Studio di fattibilità di un misuratore di emittanza 4D per la sorgente di ioni SPIDER

Magnetic confinement fusion may be one day a way to produce electrical power. However, a great quantity of energy is request for starting this process, and so an efficient way to heat the plasma in the reactor is needed. One method used by the ITER fusion experiment consists in neutral beam injectors (NBI), that are particle accelerators that produce intense beams of neutral hydrogen at high energy (1 MeV). SPIDER is the prototype of the negative ion source of the ITER NBI, and it aims at producing up to 50 A of negative hydrogen at the energy of 100 keV divided in 1280 beamlet. Optimizing the divergence of SPIDER beamlets will be useful in view of the operation of the full 1 MeV NBI. To this purpose, a thorough investigation of the beamlets optics is needed, and several diagnostics have been built for this purpose. A possible new diagnostic for reconstructing the entire transverse phase space of the beam is the 4D emittance scanner, an upgraded version of a previously existing sensor, the Allison scanner. This thesis aims to prove the feasibility of this diagnostic, that is not obvious due to some tech- nical issues. To reach this, the design of the scanner was studied with the help of some numerical simulations, that showed a promising prospective, and the results provided some optimal parame- ters for a possible detector for SPIDER.

La fusione a confinamento magnetico potrebbe essere un giorno un modo per produrre energia elet- trica. Tuttavia, una grande quantità di energia è richiesta per innescare il processo, e quindi è nec- essario un modo per riscaldare il plasma in maniera efficiente. Un metodo usato nell’esperimento fusionistico ITER consiste negli iniettori di fasci di neutri (NBI), che sono acceleratori di particelle che producono intensi fasci di idrogeno neutro ad alta energia. SPIDER è il prototipo della sorgente di ioni negativi degli NBI di ITER, e punta ad produrre più di 50 A di ioni negativi all’energia di 100 keV divisi in 1280 beamlet. Ottimizare la divergenza dei beamlet di SPIDER sarà utile in vista del funzionamento dell’intero NBI all’energia di 1 MeV. Per raggiungere questo, un’adeguata analisi dei beamlet è richiesta, e diverse diagnostiche sono state costruite per soddisfare tale scopo. Una possibile nuova diagnostica per ricostruire l’intero spazio della fasi trasverso del fascio è lo scanner 4D di emittanza, che è una versione migliorata di un sensore precedentemente esistente, lo scanner di Allison. Questa tesi vuole provare la fattibilità di questa diagnostica, che non è scontata visti diversi problemi tecnici. Al fine di raggiungere questo, è stato studiato il design dello scanner con l’aiuto di alcune simulazioni computerizzate, mostrando una prospettiva promettente, e i risultati hanno portato a individuare alcuni parametri ottimali per un possibile detector per SPIDER.