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Category: Insegnamento

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Proposta 1

Tipologia: Fisica sperimentale
Titolo della tesi: Caratterizzazione di una sorgente di ioni negativi per mezzo di una diagnostica Cavity Ring Down Spectroscopy

Argomento della tesi:
Gli iniettori di neutri sono riscaldamenti ausiliari fondamentali per le macchine da fusione nucleare, di oggi e di domani. Le particelle neutre H0/D0 di un fascio saranno prodotte a partire da ioni negativi H-/D-, neutralizzati attraverso reazioni di scambio carica. Allo scopo di studiare ed ottimizzare la produzione di ioni negativi, il Consorzio RFX e i Laboratori Nazionali di Legnaro (INFN) hanno realizzato una sorgente RF di ioni negativi H-, NIO1 (Negative Ion Optimization 1). NIO1 è equipaggiato con un elevato numero di diagnostiche, per caratterizzare tanto la sorgente che il fascio di ioni negativi prodotto da essa. L’attività di tesi consisterà anzitutto nell’installazione in NIO1 della diagnostica Cavity Ring Down Spectroscopy, per la misura della densità di ioni negativi all’interno della sorgente. A questa fase seguirà la partecipazione alle campagne sperimentali di NIO1, per raccogliere i dati della diagnostica CRDS e correlarli con i parametri operativi della sorgente. Nello studio verranno anche utilizzati i dati provenienti dalle diagnostiche spettroscopiche che monitorano la luce emessa dal plasma nella sorgente; verranno utilizzate anche le misure di densità di cesio, evaporato all’interno della sorgente per incrementare la produzione di ioni negativi. Tali misure verranno ottenute dalla diagnostica Laser Absorption Spectroscopy (LAS).

Durante la tesi verranno sviluppate le seguenti competenze:

  • Conoscenza teorica e utilizzo pratico di strumentazione ottica laser per la spettroscopia nel visibile e nel vicino infrarosso;
  • Programmazione nel linguaggio IDL;
  • Utilizzo dei software MdsPlus e PostgreSQL per l’organizzazione e la lettura dei dati salvati;
  • Conoscenza teorica e impiego delle diagnostiche Cavity Ring Down Spectroscopy e Laser Absorption Spectroscopy;
  • Conoscenza teorica e impiego basilare di diagnostiche spettroscopiche di emissione.
  • Conoscenza dei fenomeni fisici che avvengono all’interno di una sorgente di ioni negativi.

Proposta 2

Tipologia: Fisica sperimentale
Titolo della tesi: Caratterizzazione della produzione di ioni negativi nell’esperimento SPIDER

Argomento della tesi:
Il più grande esperimento al mondo sulla fusione nucleare è attualmente ITER, in corso di costruzione in Francia. Per raggiungere le prestazioni desiderate, il plasma prodotto in ITER avrà bisogno di sistemi di riscaldamento addizionale; uno dei più importanti è costituito dagli iniettori di neutri. Ciascuno di essi dovrà produrre un fascio di atomi neutri H0/D0 ad alta energia (~1 MeV) per una potenza complessiva di 16.7 MW. Lo sviluppo degli iniettori di neutri per ITER è in corso presso la Neutral Beam Test Facility (NBTF) del Consorzio RFX, a Padova. In particolare, presso l’NBTF è operante l’esperimento SPIDER, il prototipo della sorgente di ioni negativi che verrà impiegata negli iniettori di neutri di ITER. Uno dei problemi chiave che dovrà essere affrontato in SPIDER per ottimizzare la produzione di ioni negativi, sia in termini di intensità che di uniformità spaziale, è il controllo del cesio; questa sostanza verrà evaporata all’interno della sorgente per abbassare il potenziale di estrazione delle superfici ed aumentare così la produzione di ioni negativi. Per far questo verrà installata una diagnostica Laser Absorption Spectroscopy (LAS), che, sfruttando la riga di assorbimento del cesio a 852 nm, consente di stimare la densità media di questo elemento lungo varie linee di vista. Sarà inoltre disponibile su SPIDER una diagnostica Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS), che consentirà di misurare la densità di ioni negativi lungo una linea di vista in prossimità del sistema di estrazione ed accelerazione degli ioni stessi.

Il tesista parteciperà alle campagne sperimentali di SPIDER, analizzando i segnali prodotti dalle diagnostiche LAS e CRDS per ottenere le misure di densità di cesio e di ioni negativi. Il tesista inoltre studierà le misure ottenute in funzione degli altri parametri operativi della sorgente, allo scopo di fornire indicazioni utili per ottimizzare la produzione di ioni negativi in SPIDER.

Il tesista prenderà inoltre parte a tutte le attività sperimentali volte a garantire l’operatività delle diagnostiche in oggetto.

Durante la tesi verranno sviluppate le seguenti competenze:

  • Conoscenza teorica e utilizzo pratico di strumentazione ottica laser per la spettroscopia nel visibile e nel vicino infrarosso;
  • Programmazione nel linguaggio IDL;
  • Utilizzo dei software MDSPlus per l’organizzazione e il salvataggio dei dati;
  • Conoscenza teorica e impiego delle diagnostiche CRDS e LAS;
  • Conoscenza dei fenomeni fisici che avvengono all’interno di una sorgente di ioni negativi.

 

 

Monitoraggio della distribuzione di cesio in una sorgente di ioni negativi, per mezzo di una diagnostica spettroscopica di assorbimento
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Monitoraggio della distribuzione di cesio in una sorgente di ioni negativi, per mezzo di una diagnostica spettroscopica di assorbimento

Tipo di Tesi:Sperimentale
Relatore Accademico:Gianluigi SERIANNI
Proponente: Marco BARBISAN
Capogruppo:Lorella CARRARO
Argomento della Tesi:
Il più grande esperimento al mondo sulla fusione nucleare è attualmente ITER, in corso di costruzione in Francia. Per raggiungere le prestazioni desiderate, il plasma prodotto in ITER avrà bisogno di sistemi di riscaldamento addizionale; uno dei più importanti è costituito dagli iniettori di neutri. Ciascuno di essi dovrà produrre un fascio di atomi neutri H0/D0 ad alta energia (~1 MeV) per una potenza complessiva di 16.7 MW. Lo sviluppo degli iniettori di neutri per ITER è in corso presso la Neutral Beam Test Facility (NBTF) del Consorzio RFX, a Padova. In particolare, presso l’NBTF è operante l’esperimento SPIDER, il prototipo della sorgente di ioni negativi che verrà impiegata negli iniettori di neutri di ITER. Uno dei problemi chiave che dovrà essere affrontato con la sperimentazione in SPIDER è il controllo del cesio, che viene evaporato all’interno della sorgente per abbassare il potenziale di estrazione delle superfici ed aumentare così la produzione di ioni negativi fino al livello necessario. Per far questo verrà installata una diagnostica Laser Absorption Spectroscopy (LAS), che, sfruttando la riga di assorbimento del cesio a 852 nm, consente di stimare la densità media di questo elemento lungo varie linee di vista. L’attività riguarderà l’installazione e la calibrazione della diagnostica, nonché l’analisi ed interpretazione dei dati raccolti. I primi test verranno svolti nel CAesium Test Stand (CATS), un impianto dedicato a provare i forni che dovranno evaporare il cesio all’interno di SPIDER; l’attività di tesi procederà successivamente su SPIDER. Particolare attenzione verrà posta nella discussione critica dei dati numerici a disposizione, che dovranno essere correlati con i parametri fondamentali della sorgente, in particolare quelli relativi ai forni di evaporazione del cesio. Durante la tesi verranno sviluppate le seguenti competenze:

  • Conoscenza teorica e utilizzo pratico di strumentazione ottica laser per la spettroscopia nel visibile e nel vicino infrarosso;
  • Programmazione nel linguaggio IDL;
  • Utilizzo dei software MDSPlus per l’organizzazione e il salvataggio dei dati;
  • Conoscenza teorica e impiego di una diagnostica basata sulla spettroscopia di assorbimento;
  • Conoscenza dei fenomeni fisici che avvengono all’interno di una sorgente di ioni negativi.

Installazione e operazione di una diagnostica Cavity Ring Down Spectroscopy in una sorgente di ioni negativi
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Installazione e operazione di una diagnostica Cavity Ring Down Spectroscopy in una sorgente di ioni negativi

Tipo di Tesi: Sperimentale
Relatore Accademico: Gianluigi Serianni

Proponente: Marco BARBISAN

Capo Gruppo: Lorella CARRARO
Argomento della Tesi: 
Gli iniettori di neutri sono riscaldamenti ausiliari fondamentali per le macchine da fusione nucleare, di oggi e di domani. Le particelle neutre H0/D0 di un fascio vengono prodotte a partire da ioni negativi H-/D-, neutralizzati attraverso reazioni di scambio carica. Per monitorare la produzione di H-/D- all’interno delle sorgenti di ioni impiegate negli iniettori di neutri, si può utilizzare la diagnostica Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS); essa sfrutta degli impulsi laser, che vengono intrappolati all’interno di una cavità ottica formata da specchi ad alta riflettività (R>99.99%), e che vengono parzialmente assorbiti dagli ioni negativi a causa di reazioni di photodetachment. La diagnostica permette di misurare l’assorbimento dei fotoni e da esso la densità di ioni negativi, mediata lungo la linea di vista formata dalla cavità ottica. L’attività riguarderà l’installazione di una diagnostica CRDS su una delle sorgenti di ioni negativi operate presso il Consorzio RFX nell’ambito dello sviluppo degli iniettori di neutri per i futuri reattori ITER e DEMO. In particolare, alla Negative Ion Beam Test Facility (NBTF) di ITER, presso il Consorzio RFX, è operante l’esperimento SPIDER, ovvero il prototipo della sorgente di ioni negativi per gli iniettori di neutri di ITER. Inoltre, sempre presso il Consorzio RFX è operante l’esperimento NIO1, una sorgente H- compatta impiegata per lo studio di nuove tecnologie legate alla produzione di ioni negativi. Oltre all’installazione della diagnostica, lo studente si occuperà di acquisire, analizzare e interpretare i primi dati che verranno raccolti da essa, nonché di correlarli con i parametri operativi della sorgente di ioni. Durante la tesi verranno sviluppate le seguenti competenze:
  • Conoscenza teorica e utilizzo pratico di strumentazione laser per la spettroscopia nel visibile e nel vicino infrarosso;
  • Programmazione nel linguaggio IDL;
  • Utilizzo dei software MDSPlus per l’organizzazione e il salvataggio dei dati;
  • Conoscenza teorica e impiego di una diagnostica CRDS;
  • Conoscenza dei fenomeni fisici che avvengono all’interno di una sorgente di ioni negativi.

Caratterizzazione di un fascio di ioni negativi per mezzo di una diagnostica spettroscopica BES
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Corso di Laurea: Fisica

Tipologia: sperimentale

Titolo della tesi: Caratterizzazione di un fascio di ioni negativi per mezzo di una diagnostica spettroscopica BES

Proponente: M. Barbisan

Relatore Accademico: G. Serianni

Argomento della tesi:
Gli iniettori di neutri sono riscaldamenti ausiliari fondamentali per le macchine da fusione nucleare, di oggi e di domani. Le particelle neutre H0/D0 di un fascio saranno prodotte a partire da ioni negativi H-/D-, neutralizzati attraverso reazioni di scambio carica. Allo scopo di studiare ed ottimizzare la produzione di ioni negativi, il Consorzio RFX e i Laboratori Nazionali di Legnaro (INFN) hanno realizzato una sorgente RF di ioni negativi H-, NIO1 (Negative Ion Optimization 1). NIO1 è equipaggiato con un elevato numero di diagnostiche, per caratterizzare tanto la sorgente che il fascio di ioni negativi prodotto da essa. L’attività proposta consiste anzitutto nell’analisi e nell’interpretazione dei dati della diagnostica BES (Beam Emission Spectroscopy), che consente di misurare la direzione del fascio, la sua divergenza e la frazione del fascio composta da ioni H- neutralizzati all’interno del sistema di accelerazione. Il/la tesista studierà i risultati ottenuti alla luce dei parametri fondamentali della sorgente e delle informazioni delle altre diagnostiche installate su NIO1, in maniera da correlare il comportamento del fascio con quanto sta avvenendo nell’esperimento. Particolare attenzione verrà posta nella discussione critica dei dati numerici a disposizione.

Durante la tesi verranno sviluppate le seguenti competenze:

  • Conoscenza teorica e utilizzo pratico di strumentazione ottica di base per la spettroscopia nel visibile;
  • Programmazione nel linguaggio IDL;
  • Utilizzo dei software MdsPlus e PostgreSQL per l’organizzazione e la lettura dei dati salvati;
  • Conoscenza teorica e impiego di una diagnostica BES;
  • Conoscenza dei fenomeni fisici che avvengono all’interno di una sorgente di ioni negativi.

Per informazioni contattare Marco Barbisan: marco.barbisan@igi.cnr.it

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