Analysis of the data acquired by the dual directional couplers installed in SPIDER experiment

SPIDER is an experiment at the ITER Neutral Beam Test Facility dedicated to the development Neutral Beam Injector for the additional heatings in the reactor. SPIDER's plasma source consists of a 4x2 array of RF antennas, a plasma expansion chamber, and negative ion acceleration grids. The experimental thesis consists of the comparative analysis of power output and impedance data seen from the radio-frequency generators supplying SPIDER's plasma source obtained with two different measuring systems: the former located at the output of the generators is based on voltamperometric method and resulted affected by measurement errors due to the signal conditioning system; the latter is based on dual directional couplers placed on the transmission lines. The data acquisition system of the dual directional couplers is based on a fully digital approach with a high sampling rate of direct and reflected voltage signals, which produces a significant amount of raw data. The thesis work includes refining these digital data by applying the FFT and calculating the active power and impedance relative to the fundamental harmonic to compare these values with the voltamperometric values of voltage and current in RMS and of active power of the generators.

SPIDER è un esperimento della ITER Neutral Beam Test Facility dedicato allo sviluppo degli iniettori di fasci di neutri per i riscaldamenti addizionali del reattore. La sorgente di plasma di SPIDER è costituita da una matrice 4x2 di antenne RF, una camera d'espansione del plasma e griglie di accelerazione degli ioni negativi. La tesi sperimentale consiste nell’analisi comparata dei dati di potenza erogata e impedenza vista dai generatori a radiofrequenza che alimentano la sorgente di plasma di SPIDER ottenuti con due diversi sistemi di misura: il primo è basato su metodo voltamperometrico in uscita ai generatori ed è affetto da errori di misura dovuti al sistema di condizionamento del segnale; il secondo è basato su accoppiatori direzionali duali posti sulle linee di trasmissione. Il sistema di acquisizione dati degli accoppiatori direzionali duali è basato su un approccio totalmente digitale ad alta frequenza di campionamento dei segnali di tensione diretta e riflessa, che produce un'importante quantità di dati grezzi. Il lavoro di tesi include l'affinamento di questi dati digitali per mezzo dell’applicazione della FFT, nel calcolo della potenza attiva e dell'impedenza relativa all'armonica fondamentale e nel confronto tra i valori così ottenuti con quelli voltamperometrici di tensione e corrente in valore RMS e di potenza attiva dei generatori.