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Caesium Test Stand

L’aggiunta di vapore di cesio facilita la produzione
di ioni negativi nel plasma,
per questo l’esperimento SPIDER,
la più potente sorgente di ioni negativi,
sarà dotato di un sistema di evaporazione del cesio.

Il sistema si comporrà di tre forni evaporatori di cesio inserti nella camera di plasma. Il cesio è fondamentale per portare la corrente di ioni negativi ai valori richiesti per l’iniettore di particelle di ITER. Grazie al basso potenziale di estrazione del cesio, la probabilità che un atomo d’idrogeno (H) o uno ione positivo (H+) rimbalzando sulla superficie metallica ricoperta di cesio catturi uno o due elettroni e diventi uno ione negativo (H-) aumenta di dieci volte.

CAesium Test Stand

Per collaudare e ottimizzare i forni del cesio, soprattutto in termini di ripetibilità del flusso di cesio evaporato e della sua caratterizzazione (flusso in funzione della temperatura di evaporazione) è stato costruito il laboratorio CATS, CAesium Test Stand.

CATS contiene tutti gli strumenti necessari alla gestione e alla manipolazione del cesio, una camera da vuoto per il collaudo dei forni e il materiale per la loro manutenzione, nonché l’elettronica necessaria al riscaldamento del forno e al suo controllo. Il forno del cesio infatti deve funzionare in vuoto, ad alta temperatura (fino a 300°C) e deve essere controllato in maniera remota poiché durante il suo funzionamento è inaccessibile. Inoltre sono a disposizione in CATS numerosi sistemi diagnostici dedicati allo studio dell’evaporazione del cesio:

  • Il SID – “Surface Ionization Detector (rilevatore a ionizzazione superficiale), è uno strumento diagnostico utilizzato per misurare il flusso di vapori di cesio. Ciascun forno è equipaggiato con un SID in corrispondenza dell’ugello di iniezione. Un ulteriore SID (di tipo mobile) è presente in CATS e consente di effettuare misure in diverse posizioni all’interno della camera da vuoto.
Rendering dell’esperimento CATS con indicate le principali diagnostiche
  • La LAS – Laser Absorption Spectroscopy (spettroscopia ad assorbimento laser) è un sistema diagnostico in cui un raggio laser continuo attraversa la camera da vuoto e, intercettando il vapore di cesio presente, viene attenuato da esso. In base alla misura del decadimento della luce trasmessa si risale alla densità del vapore di cesio attraversato lungo il percorso.
  • Le termocoppie sono dei termometri che vengono utilizzati per misurare la temperatura in vari punti a bordo del forno e mantenerlo alla temperatura richiesta.
  • La termocamera è una videocamera sensibile all’infrarosso che consente una immagine della temperatura delle varie parti del forno.
  • La QCM – Quartz Crystal Microbalance (microbilancia a cristallo di quarzo) è uno strumento per misurare la massa di cesio che si è depositata sulla superficie del cristallo di quarzo esposto ai vapori nella camera da vuoto.

Bibliografia

  • A. Rizzolo, M. Barbisan, L. Bizzotto and others, “Characterization of the SPIDER Cs oven prototype in the CAesium Test Stand for the ITER HNB negative ion sources,” Fusion Eng. Des., vol. 146, p. 676, 2019. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.01.053
  • E. Sartori, M. Barbisan, M. Fadone and others, “Diagnostics of caesium emission from SPIDER caesium oven prototype,” AIP Conf. Proc., vol. 2052, p. 040011, 2018. https://doi.org/10.1063/1.5083745
  • M. Barbisan, S. Cristofaro, L. Zampieri, R. Pasqualotto and A. Rizzolo, “Laser absorption spectroscopy studies to characterize Cs oven performances for the negative ion source SPIDER,” JINST, vol. 14, p. C12011, 2019. https://doi.org/10.1088/1748-0221/14/12/C12011