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Source for Production of Ion of Deuterium Extracted from Rf plasma


SPIDER E’ LA SORGENTE DI IONI NEGATIVI
più potente al mondo

Per riscaldare il plasma di ITER e dei futuri reattori a fusione, è possibile immettere Milioni di watt di potenza usando l’iniezione di particelle neutre.

Questo sistema è il vero “cavallo di battaglia” tra i sistemi esterni di riscaldamento di ITER.
Per la sua estrema complessità necessita, tuttavia, di un ampio programma di ricerca e sviluppo in particolare sul componente più critico: LA SORGENTE DI IONI NEGATIVI.

La ricerca e sviluppo sulla fisica e la tecnologia legate alla sorgente di ioni per ITER sono sviluppati a Padova su SPIDER, il primo dei due prototipi di prova ospitati nell’impianto NBTF.

SPIDER è finalizzata a dimostrare che tutti i complessi impianti di cui si compone e che controllano la sorgente e la fase di estrazione di particelle possano operare sinergicamente.
La sua peculiarità consiste nella presenza di sofisticati sistemi diagnostici che permettono la misurazione dei parametri del fascio generato, lo studio del funzionamento e la sua messa a punto.

I parametri di SPIDER

  • Energia del fascio a 100 KeV
  • Produzione di ioni negativi di Deuterio e Idrogeno con una densità di corrente rispettivamente di: 258A/m2 e 355A/m2
  • Potenza del sistema a Radio Frequenza di 800 kW
  • Durata dell’ impulso di un’ora (3600 s)
  • Pressione interna della Sorgente di 0,3 P

SPIDER è in funzione dal 2018

L’operazione di SPIDER è iniziata l’11 giugno 2018 – nel momento in cui il Director-General di ITER ha premuto il pulsante che ha avviato per la prima volta l’accensione del plasma di idrogeno nella sorgente di ioni, illuminando per alcuni secondi la camera di SPIDER.
Nei mesi successivi, i ricercatori si sono concentrati sull’ottimizzazione e il controllo di plasmi analghi per massimizzare il trasferimento di potenza sul gas ionizzato attraverso i generatori a radiofrequenza.
L’uso combinato di 8 antenne connesse ai generatori ha consentito al team di aumentare la potenza trasmessa al plasma di circa 10 volte la potenza raggiunta durante il primo plasma raggiungendo i 320 kW. Ciò è stato possibile grazie al progressivo incremento nel profilo della pressione del gas, a una maggiore comprensione del comportamento dei generatori di radiofrequenza e un complessivo miglioramento di tutto il sistema di controllo.

L’attenzione sperimentale si è quindi spostata sul sistema di estrazione e accelerazione.
Il sistema è costituito da una serie di tre griglie di elettrodi, ciascuna con 1280 fori attraverso i quali le particelle negative generate nel plasma sono estratte e accelerate usando una differenza di potenziale applicato alle griglie di intensità via via maggiore.

Verso la fine del 2018, la seconda griglia – chiamata “Extraction grid power supply (EGPS), è stata utilizzata per la prima volta. Da quel momento, si è potuta estrarre dal plasma una grande corrente di particelle (principalmente elettroni) con un’accelerazione a pochi kilovolt. Si è in parallelo verificata la capacità del sistema di tenuta della corrente elevata senza interruzioni e si è proceduto all’installazione di sistemi diagnostici: il calorimetro STRIKE, linee di spettroscopia per la luce visibile.

Il terzo e ultimo elettrodo (grigla) del sistema di accelerazione è stato infine operato nella primavera 2019, a un potenziale di 30 kV rispetto al secondo con la formazione di un fascio veloce di particelle di ioni negativi di idrogeno.

Vediamo come funziona il prototipo della sorgente di ioni negativi,
con un viaggio virtuale in SPIDER

DESCRIZIONE DELLE PARTICELLE COINVOLTE

  • molecole di Idrogeno – blu
  • elettroni – verde
  • particelle ionizzate – rosso
  • ioni negativi – giallo

Notizie dalla sala sperimentale di SPIDER

Guarda i video

Video inaugurazione di SPIDER – 11 giugno 2018
SPIDER un impresa internazionale

Bibliografia

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  • G.Serianni, V.Toigo, M.Bigi, M.Boldrin, G.Chitarin, S.Dal Bello, L.Grando, A.Luchetta, D.Marcuzzi, R.Pasqualotto, N.Pomaro, P.Zaccaria, L.Zanotto, P.Agostinetti, M.Agostini, V.Antoni, D.Aprile, M.Barbisan, M.Battistella, M.Brombin, R.Cavazzana, M.Dalla Palma, M.Dan, A.De Lorenzi, R.Delogu, M.De Muri, S.Denizeau, M.Fadone, F.Fellin, L.Ferbel, A.Ferro, E.Gaio, G.Gambetta, F.Gasparini, F.Gnesotto, P.Jain, A.Maistrello, G.Manduchi, S.Manfrin, G.Marchiori, N.Marconato, M.Moresco, T.Patton, M.Pavei, S.Peruzzo, N.Pilan, A.Pimazzoni, R.Piovan, C.Poggi, M.Recchia, A.Rizzolo, G.Rostagni, E.Sartori, bM.Siragusa, P.Sonato, E.Spada, S.Spagnolo, M.Spolaore, C.Taliercio, P.Tinti, M.Ugoletti, M.Valente, A.Zamengo, B.Zaniol, M.Zaupa, C.Baltador, M.Cavenago, D.Boilson, C.Rotti, P.Veltri, T.Bonicelli, F.Paolucci, S.Muriel, A.Masiello, A.Chakraborty, H.Patel, N.P.Singh, U.Fantz, B.Heinemann, W.Kraus, M.Kashiwagi, K.Tsumorii (2019) SPIDER in the roadmap of the ITER neutral beams. Fusion Engineering and Design. Vol. 146, Pag. 2539-2546. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.04.036