RDH/IRPT Meeting: "WP8 (Aisha Ion Source) Status” Laboratori Nazionali del Sud-LNS

Report Attività 1. Spettroscopia ai raggi-X delle popolazioni elettroniche warm e hot nel plasma della ECRIS di ATOMKI (Debrecen) 2. Progettazione launcher a microonde da installare su Flexible Plama Trap (FPT) per innescare Onde di Bernstein in plasma sovradensi 3. AISHA/AISHA2 status

3 E’ stato effettuato un esperimento per la caratterizzazione del plasma utilizzando X-ray spettroscopy nel range energetico 2-30 keV L Le performance delle sorgente di ioni in termini di corrente estratta dipendono fortemente dalla configurazione di campo em in cavità 1. Motivazioni Ruolo del Frequency tuning sulla struttura del plasma e sulla formazione di elettroni warm and hot electrons

1. Condizioni sperimentali e obiettivi Freq. [GHz] 12,8 12,84 12,88 12,92 12, ,04 13,08 13,12 13,16 13,2 13,24 13,28 13,32 13,36 13,4 RF power 30 W gas pressure 3,50E-06 mbar Ext. VoltageGas type 10 kV (beam ON)Argon Argon+Oxygen Coils (inj/mid/ext) 100% each 80% each 60% each - Osservazione dellla variazione della densità e della temperatura al variare della frequenza, coils setup (high/low mirror ratio), gas mixing. - Osservazione della struttura del plasma basta sulla camera CCD – pin hole camera

1. CCD setup at ATOMKI Pin-hole holder Aluminum Window

PLASMA X-ray emission PLASMA emission in the (by human eye) visible light CCD Camera 1. CCD camera

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 [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", accepted for pubblication on European Physical Journal – D]

✔ 1. Synergy and agreement between experiments and modeling: improved model’s predictive reliability [S. Biri, R. Rácz, J. Pálinkás “Studies of the ECR plasma in the visible light range” ’08”]

2. New Ion Source for R&D The Flexible Plasma trap 9 Flexible Plasma Trap (FPT )  A testbench for studying ECR or Electron Bernstein Heating Method Magnetic field up to 0.5 T RF Frequency 3-14 GHz RF injection // and perp to B 0 FPT

2. Parallel and Perpendicular launching of EM waves 10

2. Angular Scan Overcoming the cutoff density In order to convert the the O-mode in X in the cutoff layer You need a proper launch that requires Optimal insertion angle

2. Angular Scan Rectangular Waveguide

2. Angular Scan Waveguide loaded with DIELECTRIC WEDGE

2. Angular Scan Waveguide loaded with DIELECTRIC WEDGE

2. Angular Scan Rectangular Waveguide wedge-dielectric

3. Advanced Ion Source for Hadrontherapy AISHa La sorgente AISHa è stata progettata per adattare le elevate prestazioni di una sorgente di ioni ECR a facilities ospedaliere che necessitano ioni a stato di carica multiplo con alta affidabilità e brillanza, facilità di operazione e manutenzione ø chamber92 mm l chamber300 mm Frequency18 GHz Power (max)1.5 kW Extr Voltage (max) 40 kV weight600 kg 16

Source-based Hybrid Magnets D ifferent schemes of plasma generation and substantial increase of plasma density Ad-hoc RF system with wideband and high power microwave source M inimize the beam emittance resulting in increased brightness of the ion beam 3. Main Features high stability and high reproducibility low maintenance time low space occupation and minimization of electrical consumption highly charged ion beams with low ripple 17

3. Magnetic Trap 18 Helium-free superconducting magnets Source-based Hybrid Magnets Ordinati

3. High power microwave source 19 Ad-hoc RF system with wideband and high power microwave source Ordinati N. 2 amplificatori a Microonde Klystron CPI a larga banda intorno a 18 GHz two-frequency heating

3. AISHA2 Magneti superconduttori  375 k€ Esapolo  165 k€ Ordine  Maggio 2015 Consegna  Maggio 2016 branching a microonde  60 k€ Generatori, MW amplifiers, vuoto, meccanica sorgente, estrazione - 

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