In a world increasingly facing new challenges at the forefront of plasma scientific research and technological innovation, CNR and ISTP pledge progress and achieve an impact in the integration of research into societal practices and policy
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In a world increasingly facing new challenges at the forefront of plasma scientific research and technological innovation, CNR and ISTP pledge progress and achieve an impact in the integration of research into societal practices and policy
UNITÀ OPERATIVA: ISTP-Milano
WP LEADER: MARCO TARDOCCHI
Il laboratorio di neutroni e raggi gamma dell'ISTP-MI progetta, assembla e caratterizza rivelatori di radiazioni impiegati come diagnostica nucleare nei plasmi di fusione. Negli ultimi 20 anni sono stati realizzati e installati diversi sistemi diagnostici all'avanguardia presso il tokamak Joint European Torus nel Regno Unito, come spettrometri di neutroni a 14 MeV basati su cristalli di diamante, spettrometri gamma ad alta risoluzione e la nuova camera gamma. L'ISTP-MI ha recentemente ampliato le sue competenze includendo sistemi a raggi X molli basati su rilevatori a gas. Le diagnostiche di neutroni e raggi gamma svolgono un ruolo essenziale nei futuri reattori deuterio-trizio, che mirano a dimostrare la fattibilità commerciale dell'energia da fusione. Ad esempio, le misure della potenza generata dalla fusione, una quantità essenziale per stabilire le prestazioni di una centrale elettrica DT, possono essere ottenute solo attraverso il conteggio assoluto dei neutroni a 14 MeV o dell'emissione associata di raggi gamma a 17 MeV. Questo secondo metodo di misura, utilizzato per la prima volta su tokamak dall'ISTP-MI, può anche fornire una stima indipendente della potenza di fusione, che è un requisito essenziale per la messa in servizio di una centrale elettrica.
Il progetto realizzerà e installerà due innovativi sistemi diagnostici per l'imaging delle emissioni di neutroni e raggi X molli presso RFX-MOD2.
Il primo, un sistema di imaging a raggi X molli basato su un rivelatore GEM, ha la capacità di fornire un'alta risoluzione spaziale (da 1 a 20 mm), una risoluzione temporale estremamente elevata (da 10 a 100 microsecondi) e informazioni energetiche spettroscopiche (con una risoluzione energetica di circa il 15-20% a 10 keV). Questa nuova camera a raggi X GEM è la prima del suo genere che combina queste caratteristiche. Sarà utile per analizzare il ruolo giocato dalla topologia magnetica sul comportamento delle impurezze. In particolare, le perturbazioni magnetiche 3D del nucleo della colonna di plasma nella configurazione a configurazione reversed-field pinch possono influire sul bordo del plasma, sull'interazione plasma-parete e sulla penetrazione di impurezze. Inoltre, lo spettro continuo di emissione di raggi X nell'intervallo fino a 20 keV fornirà informazioni preziose sull'accelerazione degli elettroni durante i processi di riconnessione magnetica, simile a fenomeni osservati nei plasmi astrofisici.
Il secondo sistema diagnostico è una camera per neutroni che sarà la prima a combinare informazioni sull'emissione spaziale dei neutroni e sull'energia dei neutroni emessi, con una capacità di conteggio di fino a 1 MHz. La camera per neutroni offrirà importanti approfondimenti sulla fisica della configurazione reversed-field pinch, in particolare quella legata ai processi globali di riconnessione magnetica che possono indurre la conversione di energia magnetica in energia cinetica. Questa conversione, la cui origine fisica è ancora in discussione, è principalmente osservata in termini di riscaldamento e accelerazione degli ioni e dell'aumento transitorio del tasso di neutroni. Inoltre, combinando l'iniezione di fasci neutri ad alta energia pulsata con la rivelazione dei neutroni, verranno studiate le proprietà di confinamento delle particelle veloci della configurazione reversed-field pinch.
Questo pacchetto di lavoro ha l'obiettivo di potenziare le capacità del laboratorio nello sviluppo, nella costruzione e nella caratterizzazione delle diagnostiche nucleari per i plasmi di fusione. Ciò comporterà l'acquisto di una camera pulita per la realizzazione dei rilevatori Gas Electron Multiplier (GEM) per migliorare la capacità di assemblaggio del rilevatore. Inoltre, verrà acquistato un set di stampanti 3D per consentire al laboratorio di assemblare prototipi con dimensioni maggiori, una maggiore varietà di materiali e una maggior velocità di produzione rispetto a quanto attualmente ottenibile. Questo pacchetto di lavoro fornirà anche un'area di irraggiamento in cui i rilevatori saranno testati sotto radiazioni di raggi X e gamma.
Installazione di una camera pulita e di stampanti 3D per il laboratorio
Realizzazione della camera GEM Soft-X e della camera per neutroni di RFX-mod2
Test del prototipo della camera per neutroni
Installazione della camera GEM Soft-X e della camera per neutroni in RFX-mod2
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