1.L'attività di ricerca si è concentrata in primo luogo sulla spettroscopia X spazialmente risolta di plasmi eccitati da microonde poi convertite - attraverso la risonanza ibrida - in onde elettroniche. 1.La mancata disponibilità della FPT ha spinto il gruppo ad intensificare gli sforzi sul fronte della modellizzazione, anticipando parte delle attività originariamente previste nella lista di milestones per il Il codice ha consentito di ottenere la prima soluzione auto-consistente dell'accoppiamento onda-plasma, e servirà ad ultimare il design del nuovo sistema di launching per la FPT. Physics activities: 2014

2 Experimental setup: Mixture of Air+Argon Pressure: mbar, RF power: 100 W Experimental setup: Mixture of Air+Argon Pressure: mbar, RF power: 100 W Argon Whole plasma Aluminum frame The gas mixing operations highlight the different displacement of different species into the plasma. In particular, heavier species like Argon are placed at larger radii with respect to the Oxigen, which concentrates in near axis region. Oxygen + Argon

Formation of a high density volume O Ar 3 Above RF power threshold discharge: radial density profile is peaked around the radial position r=30 mm. No significant displacement of Nitrogen and Oxigen (but very small mass difference and under-threshold discharge) Above RF power threshold discharge: radial density profile is peaked around the radial position r=30 mm. No significant displacement of Nitrogen and Oxigen (but very small mass difference and under-threshold discharge) Over threshold

Simulations and modelling: Further Steps towards self-consistency Solution of Maxwell-equations including the plasma inside the resonator: cold dielectric tensor used, accounting for R,L,O,X modes. RF power deposition on the plasmoid surface Plasma density structure in different energy domains

Design of a microwave interferometer Antenna design Evaluation of cavity effects impact on the “antenna-antenna” wave propagation Ready for executive design

PUBBLICAZIONI 1.D. Mascali, L. Celona, F. Maimone, J. Maeder, G. Castro, F.P. Romano, A. Musumarra, C. Altana, C. Caliri, G. Torrisi, L. Neri, S. Gammino, K. Tinschert, K. P. Spaedtke, J. Rossbach, R. Lang and G. Ciavola. X-ray spectroscopy of warm and hot electron components in the CAPRICE source plasma at EIS testbench at GSI. Rev. Sci. Instrum. 85, 02A956 (2014) ; 2.G. Torrisi; D. Mascali, G. Sorbello, L. Neri, L. Celona, G. Castro, T. Isernia, and S. Gammino, Full-wave FEM simulations of electromagnetic waves in strongly magnetized non homogeneous plasma; The Journal of Electromagnetic Waves and Applications (in press); 3.D. Mascali, G. Torrisi, L. Neri, G. Sorbello, G. Castro, L. Celona and S. Gammino: 3D-full wave and kinetics Numerical modelling of Electron Cyclotron Resonance Ion Sources plasma: steps towards self-consistency. Submitted to European Physical Journal – D. 4.Mascali, D., Neri, L., Celona, L., Castro, G., Torrisi, G., Gammino, S., Sorbello, G., Ciavola, G A double-layer based model of ion confinement in electron cyclotron resonance ion source (2014) Review of Scientific Instruments 85 (2), doi: / Mascali, D., Celona, L., Gammino, S., Castro, G., Miracoli, R., Romano, F.P., Malferrari, L., (...), Serafino, T. An investigation on the formation of suprathermal electrons in a B-min ECR machine and a novel method for their damping (2013) Plasma Sources Science and Technology 22 (6) doi: / /22/6/ Romano, F.P., Altana, C., Cosentino, L., Celona, L., Gammino, S., Mascali, D., Pappalardo, L., Rizzo, F. A new X-ray pinhole camera for energy dispersive X-ray fluorescence imaging with high-energy and high-spatial resolution (2013) Spectrochimica Acta - Part B Atomic Spectroscopy 86 PP. 60 – 65. doi: /j.sab Castro, G., Di Bartolo, F., Gambino, N., Mascali, D., Romano, F.P., Anzalone, A., Celona, L., (...), Tudisco, S. Ion acceleration in non-equilibrium plasmas driven by fast drifting electron (2013) Applied Surface Science 272 PP. 59 – 64. doi: /j.apsusc G. Torrisi, D. Mascali, L. Neri, G. Castro, G. Patti, L. Di Donato, L. Celona, G. Sorbello, T. Isernia, S. Gammino and G. Ciavola. Full Wave Simulation of Waves in ECRIS Plasmas based on the Finite Element Method. 20th Topical Conference on Radio Frequency Power in Plasmas, June 25-28, 2013, Sorrento (Italy) – AIP Conf. Proc. 1580, 530 (2014) ; 9.C Caliri, FP Romano, D Mascali, S Gammino, A Musumarra, G Castro, L Celona, L Neri, C Altana. X-ray Imaging and preliminary studies of the X-ray self-emission from an innovative plasma-trap based on the Bernstein waves heating mechanism (Abstract only). Bulletin of the American Physical Society, Vol. 58, Nov C. Caliri, F. Volpe, S. Gammino, D.Mascali, Ion Extraction from a Toroidal Electron Cyclotron Resonance Ion Source: a Numerical Feasibility Study (Abstract only). Bulletin of the American Physical Society, Vol. 58, Nov

TALKS 1.15th International Conference on Ion Sources, ICIS13, Chiba, Japan, September 2013 X-ray spectroscopy of warm and hot electron components in the CAPRICE source plasma at GSI D. Mascali – Oral Presentation 2. XXI CONGRESSO Associazione Italiana del Vuoto, Catania, May Application of plasma techniques to Archeometry, Polymers technology and Nuclear Physics. D. Mascali – Invited Presentation 3. XCIX Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Trieste, settembre 2013 Advanced diagnostic tools for density and temperature measurement in microwave generated plasmas. D. Mascali – Oral Presentation 4. XCIX Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Trieste, settembre 2013 Innovative plasma heating methods in compact magnetic traps and expected applications in multidisciplinary fields: Archaeometry, Nuclear Physics, Polymers Chemistry. D. Mascali – Oral Presentation 5. XCIX Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Trieste, settembre 2013 Modeling of electromagnetic wave propagation in magnetized plasmas of ECR ion sources G. Torrisi – Oral Presentation

TESI Studente: Giuseppe Paolo Castro PhD thesis: STUDY OF INNOVATIVE PLASMA HEATING METHODS AND APPLICATIONS TO HIGH CURRENT ION SOURCES Relatori: Prof. F. Rizzo, Dott. S. Gammino, Dr. D. Mascali Università di Catania, Dip.to di Fisica e Astronomia. Studente: Carmen Altana Tesi di laurea specialistica in Fisica: SPETTROSCOPIA X AD ALTA RISOLUZIONE SPAZIALE ED ENERGETICA DI PLASMI ECCITATI DA MICROONDE Relatori: Prof. A. Musumarra Dr. S. Gammino, Dr. D. Mascali, Dr. F.P. Romano Università di Catania, Dip.to di Fisica e Astronomia. Studente: Gianluca Vecchio Tesi di laurea specialistica in Ingegneria Elettronica: STUDIO E DIMENSIONAMENTO DI UN INTERFEROMETRO A MICROONDE PER LA DIAGNOSTICA NON INVASIVA DI PLASMI Relatori: Prof. G. Sorbello, Dr. S. Gammino, Dr. D. Mascali Università di Catania, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica Studente: Lorenzo Lega Tesi di laurea triennale in Ingegneria Informatica: IMPLEMENTAZIONE ANSI C MULTITHREAD PER L'OTTIMIZZAZIONE DI UN CODICE "PARTICLE-IN-CELL" IN MATLAB Relatori: Prof. A. Musumarra, Dr. D. Mascali, Dr. L. Neri data esame: 10 Ottobre 2013 Università di Catania, Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica