Publication: Simulación autoconsistente de generación de iones multicargados y estudio del fenómeno de autoresonancia ciclotrónica espacial SIGMAC.
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Date
2007-04-15
Authors
Dougar Jabon, Valeri
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Abstract
La actual propuesta aborda dos temas fuertemente ligados. En primera instancia el estudio a través de métodos numéricos tridimensionales (3D) de la interacción de plasmas confinados y calentados en campos magnéticos estacionarios, con ondas electromagnéticas del rango de microondas conducentes a la generación de iones multicargados en las fuentes tipo Mínimum-B. Los iones multicargados tienen una amplia gama de aplicaciones en las investigaciones científicas, los procesos tecnológicos, incluso en la industria electrónica (modificación de superficies sólidos, producción de membranas nucleares, síntesis de núcleos transuránicos etc). Actualmente las fuentes de tipo Mínimo-B son las únicas que pueden producir haces de iónes multicargados con intensidad y emitancia aceptables para aceleradores cíclicos y sus aplicaciones tecnológicas. A pesar de que las fuentes basadas en trampas Mínimo-B se utilizan casi en todos los centros de alta energía, el conocimiento sobre la composición del plasma, su estructura, espectros energéticos de iones y electrones, distribución de flujos iónicos desde el plasma hacia las paredes de la cámara de descarga y una comprensión de la manera como cambian estos parámetros cuando se varían los parámetros externos: valor y configuración del campo magnético, forma y número de superficies de resonancia, frecuencia e intensidad del campo de microondas es aun incipiente.
Los métodos numéricos son actualmente una herramienta muy poderosa debido a dos circunstancias. Primero, porque los métodos teórico-analíticos desarrollados hasta el presente son muy deficientes para resolver los problemas de muchas partículas, y la situación es aún más crítica cuando se trata de campos fuertemente no homogéneos y condiciones de resonancia; segundo, en muchos casos reales es imposible obtener experimentalmente los datos sobre el comportamiento de un conjunto de partículas y especialmente establecer las trayectorias de partículas individuales dentro del plasma. Tal situación se presenta en las fuentes Mínimo-B donde el confinamiento y el calentamiento del plasma está garantizada por efectos de resonancia ciclotrónica electrónica (RCE). Tales fuentes son cerradas para los métodos de diagnóstico tradicionales lo cuál implica conocimiento impreciso y muchas suposiciones sobre las peculiaridades específicas del plasma. Por esta razón la simulación del plasma de fuentes RCE es casi la única vía para obtener información sobre el comportamiento del plasma.
En este proyecto pretendemos desarrollar un modelo físico adecuado del plasma de los fuentes RCE y desarrollar Software autoconsistente sobre los procesos de generación de iones multicargados, tomando en consideración no solo la ionización múltiple de iones, sino también los procesos de recombinación y la emisión de electrones secundarios de las paredes de la cámara de descarga. Este proyecto permitirá diseñar y optimizar los parámetros externos de las fuentes iónicas RCE tipo Mínimo-B, no por intuición y experiencia (como se hacen actualmente los ingenieros que fabrican estos sistemas) sino con base en los datos obtenidos por simulación. Actualmente a nivel mundial no existen métodos numéricos (mucho menos métodos analíticos) que permitan variar los parámetros de fuentes (configuración del campo magnético, forma y posición de la superficie resonante, geometría de la cámara de descarga, posición y dimensiones del sistema de extracción de iones entre otros) para encontrar una fuente óptima para la generación de iones de carga predeterminada. Por esta razón se diseñan diferentes variantes de fuentes, usando el método de tanteo que es muy costoso (una variante de estas fuentes cuesta cerca 1 millón de dólares US).
Pretendemos elaborar un nuevo modelo de simulaciones tridimensionales para determinar la geometría espacial del plasma, los espectros energéticos de iones y electrones, espectros de carga de iones tanto en el plasma como en los haces de iones extraídos.