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SPIDER – E’ iniziata la sperimentazione con Cesio.

14/05/2021 Fisica

Nelle sorgenti di ioni negativi come SPIDER, l’utilizzo del Cesio è fondamentale per ottenere una quantità adeguata di ioni negativi da poter accelerare.
L’esperimento SPIDER è un prototipo per lo sviluppo della tecnologia necessaria a costruire la sorgente di MITICA, il prototipo dell’iniettore di neutri di ITER. Il riscaldamento per iniezione di ioni neutri sarà il principale sistema di riscaldamento di ITER, il futuro reattore sperimentale a fusione in costruzione in Francia a Cadarache. Le temperature del plasma di ITER dovranno arrivare a 150 milioni di gradi, 10 volte più calde del Sole, e la tecnologia sviluppata a Padova sarà indispensabile per il raggiungimento di questo obbiettivo.

Il Cesio è un metallo alcalino di colore argento-dorato, tenero e duttile che ha bassa energia di ionizzazione; una caratteristica molto interessante perché favorisce significativamente la formazione di ioni negativi. Il Cesio è utilizzato in SPIDER sotto forma di vapore. Il sistema al Cesio si compone di 3 forni evaporatori posti nella camera del plasma

Più in dettaglio: in SPIDER  sono presenti:

  • LA GRIGLIA DI PLASMA, che ha lo scopo di selezionare le particelle negative
  • LA GRIGLIA DI ESTRAZIONE, che devia, con i suoi magneti, gli elettroni permettendo agli ioni negativi di continuare il loro viaggio.
  • LA GRIGLIA DI TERRA, che accelera gli ioni negativi in 1280 piccoli fasci, tanti quanti le aperture delle griglie.

Gli 8 driver di SPIDER vanno a formare il plasma, che entrando in contatto con la prima griglia, la griglia di plasma, va a formare ioni negativi. Per aumentare la quantità di ioni negativi prodotti verrà inserito il Cesio nella sorgente di SPIDER. Questo elemento dovrebbe aderire alla parete della griglia di plasma per andare a creare una superficie cesiata che aumenterà significativamente la produzione di ioni negativi. La campagna sperimentale ora in corso mira a trovare l’intervallo di densità di Cesio migliore per ottenere il massimo della produzione di ioni negativi. Per analizzare le esatte quantità di Cesio immesso e la sua concentrazione sulla superficie della griglia interessata entrano in campo tre sistemi diagnostici:

  • LA SPETTROSCOPIA DI EMISSIONE OTTICA, strumento per analisi quantitative e qualitative delle specie chimiche.
  • LA LASER ADSORPTION SPETTROSCOPY in grado di usare l’interazione tra la luce e le molecole in un flusso di gas per determinare, all’interno della sorgente, la concentrazione di una sostanza, nel nostro caso il Cesio.
  • IL SURFACE IONIZATION DETECTOR, in grado di riportare con precisione le quantità di gas Cesio immesso nel sistema.

Le prime due diagnostiche spettroscopiche hanno il compito di valutare la quantità di Cesio presente nelle diverse zone della sorgente, definendo come si  distribuisce, mentre la surface ionization detector misura la quantità di gas immesso nella sorgente.

La sperimentazione durerà 4 mesi e verterà, durante i primi due mesi, nello studio dei parametri del flusso di Cesio partendo dai dati prodotti da altri gruppi di ricerca. Nella seconda fase invece si lavorerà sull’ottimizzazione dei parametri per la maggior produzione di ioni negativi prima in plasma di Idrogeno e poi in Deuterio.