Magneettikenttärakenteen vaikutus ECR-ionilähteen suorituskykyyn


Päärahoittaja

Rahoittajan antama koodi/diaarinumero: 315855


Päärahoittajan myöntämä tuki (€)

468 468,00


Rahoitusohjelma

Akatemiahanke, SA (Suomen Akatemia)


Hankkeen aikataulu

Hankkeen aloituspäivämäärä: 01.09.2018

Hankkeen päättymispäivämäärä: 31.08.2022


Tiivistelmä

Electron Cyclotron Resonance ionilähteiden (ECRIS) suorituskyky tuottaa korkean varaustilan ioneja monista eri elementeistä on parantunut dramaattisesti viime vuosikymmeninä mahdollistaen merkittävän edistyksen kiihdytinpohjaisessa ydinfysiikassa ja eri sovelluksissa. Ydinfysikan tutkimuksen ja sovellusten edistyminen vaatii ioninlähdetekniikan jatkuvaa kehittämistä käytettävissä olevan ionisuihkuvalikoiman ja intensiteetin suhteen. Nykyaikaisten ECR-ionilähteiden suunnittelu perustuu semi-empiirisiin skaalauslakeihin. Yhden skaalauslain mukaan tuotetun ionisuihkun varausastejakauman intensiiivisimmän varaustilan ionivirta kasvaa neliöllisesti mikroaaltotaajuuden mukana. Tämän seurauksena ionilähteen plasman lämmitttämisessä käytetyn mikroaallon taajuutta pyritään jatkuvasti kasvattamaan. Tämän pyrkimyksen merkittävimmäksi esteeksi on tullut magneettiteknologian asettama raja. Taajuuden kasvattaminen yli 56 GHz: n välillä edellyttää joko riittämättömän kentänvoimakkuuden hyväksymisen tai tutkimus- ja kehitystyötä innovatiivisten ECRIS-konseptien testaamiseksi. Esimerkkinä voi mainita ARC-ECRIS-tutkielman, joka näyttäisi mahdollistavan jopa 100 GHz plasmalämmitystaajuden käytön. Tämä olisi toteutuessaan merkittävä läpimurto ionilähdetekniikassa.

Tutkimusehdotuksemme koostuu kolmesta toisiaan täydentävästä lähestymistavasta tutkia magneettikentän topologian vaikutusta ECR-ionilähteen suorituskykyyn ja plasman stabiilisuuteen. Suunnitelmamme mukaisesti rakentaisimme ja testaisimme ECR-ionilähteen prototyypin, jolla on samanlainen magneettikenttätopologia kuin ns. ARC-ECRIS:llä ja osoittamaan, että prototyyppi on sovelias tuottamaan korkeasti varattuja ionisuihkuja. Laitteen yhteydessä tulemme testaamaan suorakaiteen muotoista ekstraktiogeometriaa tavanomaisen pyöreän ekstraktioaukon sijasta. Tätä tutkimusta ohjaa tarve optimoida ekstraktiorakenteen geometrinen päällekkäisyys magneettikentästä poistuvan plasmavuon muodon kanssa. Ehdotuksen mukaisesti tulemme myös tutkimaan magneettikentän voimakkuuden ja gradientin roolia ECRIS-plasmassa luonnostaan esiintyvien kineettisten epästabiilisuuksien aiheuttajana. Tätä mekanismia tutkisimme sekä tavanomaisen magneetikenttärakenteen (solenoidi + sextupoli) että uuden innovatiivisen prototyypin yhteydessä. Plasmatutkimuksiemme perusteella oletamme, että ehdotettu prototyyppi on magnetohydrodynaamisesti nykyisiä rakenteita vakaampi. Hankkeella on laaja kansainvälinen ulottuvuus ja vaikutus. Esimerkiksi hakemuksessa kuvattu väitöskirjatyö (cotutelle) toteutetaan Jyväskylän yliopiston ja Grenoble Alpesin yliopiston (Ranska) välisenä yhteistyönä. Tutkimusprojektilla on merkittävää potentiaalia uusiin tieteellisiin tuloksiin ja jopa ECR-ionilähteisiin liittyvään läpimurtoon.


Vastuullinen johtaja


Päävastuullinen yksikkö


Liittyvät julkaisut


Viimeisin päivitys 2019-18-12 klo 10:44