Nuevas técnicas de diagnóstico de fuentes de iones negativos
El desarrollo de fuentes de iones negativos de hidrógeno (H-) con rendimientos superiores a los que se obtienen en la actualidad es uno de los objetivos de la próxima generación de aceleradores de protones de alta energía. A pesar de que se utilizan a menudo en aceleradores para la inyección de partículas para el intercambio de carga de aceleradores lineales a circulares, los iones negativos tienen otras aplicaciones además de las relacionadas con la física de altas energías. Las fuentes de iones negativos de hidrógeno son esenciales para la formación de haces intensos de átomos neutros energéticos para el calentamiento de plasma de fusión. Por regla general, los iones negativos de hidrógeno se producen en plasmas de hidrógeno a baja presión, pero las exigencias a la fuente varían considerablemente. El objetivo último de la red HP NIS era reunir a todos los expertos de la Unión Europea para abordar este reto tecnológico. Para promocionar el perfeccionamiento de las fuentes de iones negativos en los institutos de investigación europeos, era necesaria una mejor comprensión del funcionamiento de la fuente. El Plasma Research Laboratory de la Universidad de Dublín fue el socio que más se implicó en el modelado de plasmas. Esta compleja tarea se llevó a cabo desarrollando varios códigos al mismo tiempo. Un código PIC (Particle-In-Cell) bidimensional (2D) con el método Monte Carlo para el cálculo de colisiones proporcionó una solución a la cinética no lineal del plasma. Los científicos unieron cuidadosamente el código a los modelos químicos generales y aprovecharon sus conocimientos en un campo para solucionar sus flaquezas en el otro. Para comprobar la validez del nuevo esquema numérico en que se asociaban los dos modelos, se compararon las tendencias esperadas de comportamiento, como la mayor densidad de iones a presiones más bajas, con los datos experimentales. Para ello se utilizó una nueva alternativa a la espectroscopia Cavity Ring Down que no se había aplicado aún a fuentes de iones negativos de alta energía bombardeados con cesio (Cs). Esta técnica de espectroscopia de absorción inducida por láser se aplicó para medir la densidad de iones negativos de hidrógeno de especies poco absorbentes o diluidas. Se dedujeron leyes de escala de los modelos analíticos que habría sido difícil deducir a partir de experimentos y que se podrían aplicar a las fuentes de iones de referencia del proyecto ITER de fusión nuclear.
