Nel presente lavoro di tesi verrà trattata l'analisi e l'ottimizzazione delle proprietà ottiche di lenti magnetiche a plasma per la focalizzazione di fasci di particelle cariche. L'attività svolta ha carattere sia sperimentale che teorico, e su di essa si è instaurata una intensa collaborazione con i laboratori del Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) di Darmstadt e l'Università di Erlangen. Molti dei risultati di cui riferiremo, ed in particolare le prove su fascio di diversi tipi di lente, sono stati ottenuti presso il GSI. Presso il laboratorio di Ingegneria dei Plasmi del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'Università di Napoli "FEDERICO II" è stata invece realizzata la sperimentazione "off line" per la diagnostica del campo magnetico nella lente. Il lavoro ben si inquadra in un ambito di elettromagnetismo classico quasi-stazionario, sia per gli aspetti modellistici, legati da un lato all'ottica ionica e dall'altro alla teoria dei plasmi, che per le realizzazioni sperimentali in cui risultano fondamentali aspetti circuitali e tecniche delle alte tensioni. In esso vengono, anzitutto, rivisitati alcuni concetti fondamentali dell'ottica particellare con particolare riferimento alle peculiari proprietà delle lenti a plasma. La loro enucleazione contribuisce ad un più agevole e corretto confronto con i convenzionali sistemi di focalizzazione a multipolo. Come utile strumento di analisi e di verifica è stato realizzato un simulatore numerico ad hoc, basato su di un solutore di traiettorie, che permette la determinazione del profilo trasverso del fascio, in un arbitrario campo magnetico assisimmetrico. Viene, inoltre, studiata l'ottimizzazione della forma di una lente di tipo "wall-stabilized", descrivendo in via teorica le proprietà di una lente assisimmetrica sagomata. Mediante simulazione numerica si va a valutare l'efficienza di lenti "shape-optimized" rispetto alle corrispondenti cilindriche, riferendo poi di prove sperimentali in cui una lente così disegnata viene provata, in un esperimento di focalizzazione presso l'acceleratore UNILAC al GSI, facendo registrare il record assoluto di strizione del fascio. Al fine di investigare con maggiore accuratezza i profili di campo che si vanno a produrre nella scarica in plasma per la realizzazione della lente, è stato sviluppato un sensore di campo in fibra ottica, basato sull'effetto Faraday. In un esperimento su di una lente di tipo z-pinch realizzato presso il Laboratorio di Ingegneria dei Plasmi è stato possibile dimostrare la migliore risoluzione spazio-temporale nonché il più favorevole rapporto segnale rumore del sensore rispetto a quelli tradizionali. Vengono infine discussi i principali aspetti connessi con la realizzazione delle esperienze di focalizzazione, e descritti gli apparati sperimentali utilizzati.
LE LENTI MAGNETICHE A PLASMA NELLA TECNICA DEGLI ACCELERATORI DI PARTICELLE
M. de Magistris
1995-01-01
Abstract
Nel presente lavoro di tesi verrà trattata l'analisi e l'ottimizzazione delle proprietà ottiche di lenti magnetiche a plasma per la focalizzazione di fasci di particelle cariche. L'attività svolta ha carattere sia sperimentale che teorico, e su di essa si è instaurata una intensa collaborazione con i laboratori del Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) di Darmstadt e l'Università di Erlangen. Molti dei risultati di cui riferiremo, ed in particolare le prove su fascio di diversi tipi di lente, sono stati ottenuti presso il GSI. Presso il laboratorio di Ingegneria dei Plasmi del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'Università di Napoli "FEDERICO II" è stata invece realizzata la sperimentazione "off line" per la diagnostica del campo magnetico nella lente. Il lavoro ben si inquadra in un ambito di elettromagnetismo classico quasi-stazionario, sia per gli aspetti modellistici, legati da un lato all'ottica ionica e dall'altro alla teoria dei plasmi, che per le realizzazioni sperimentali in cui risultano fondamentali aspetti circuitali e tecniche delle alte tensioni. In esso vengono, anzitutto, rivisitati alcuni concetti fondamentali dell'ottica particellare con particolare riferimento alle peculiari proprietà delle lenti a plasma. La loro enucleazione contribuisce ad un più agevole e corretto confronto con i convenzionali sistemi di focalizzazione a multipolo. Come utile strumento di analisi e di verifica è stato realizzato un simulatore numerico ad hoc, basato su di un solutore di traiettorie, che permette la determinazione del profilo trasverso del fascio, in un arbitrario campo magnetico assisimmetrico. Viene, inoltre, studiata l'ottimizzazione della forma di una lente di tipo "wall-stabilized", descrivendo in via teorica le proprietà di una lente assisimmetrica sagomata. Mediante simulazione numerica si va a valutare l'efficienza di lenti "shape-optimized" rispetto alle corrispondenti cilindriche, riferendo poi di prove sperimentali in cui una lente così disegnata viene provata, in un esperimento di focalizzazione presso l'acceleratore UNILAC al GSI, facendo registrare il record assoluto di strizione del fascio. Al fine di investigare con maggiore accuratezza i profili di campo che si vanno a produrre nella scarica in plasma per la realizzazione della lente, è stato sviluppato un sensore di campo in fibra ottica, basato sull'effetto Faraday. In un esperimento su di una lente di tipo z-pinch realizzato presso il Laboratorio di Ingegneria dei Plasmi è stato possibile dimostrare la migliore risoluzione spazio-temporale nonché il più favorevole rapporto segnale rumore del sensore rispetto a quelli tradizionali. Vengono infine discussi i principali aspetti connessi con la realizzazione delle esperienze di focalizzazione, e descritti gli apparati sperimentali utilizzati.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
