Conceptual design report. A 250 GHz radio frequency CARM source for plasma fusiom

We present the conceptual design for a Cyclotron Auto Resonance Maser source, operating at 250 GHz and conceived for Plasma Fusion research ac- tivities. The study discussed here is aimed at planning the construction of such a device at the ENEA Frascati Center, within the framework of the researches pertaining to the Fusion department. This foreseen activity gather together different skills traditionally present in the Agency and including Fusion, ac- celerator technology, beam handling and transport, superconductivity. . . The report covers the different details of the project and is devided in two parts. The first contains a general description of the entire system, furthermore it describes the motivations underlying the choice of the de- vice, the relevant theoretical foundations, the reasons for the choice of the operating parameters and the expected performances of the source. In the second part the project details are reported and each constituting item is properly described in the technical annexes. We discuss indeed the cathode design and the electron beam shaping and transport, we report on the power supply and electrical pulse forming line, on the Superconduct- ing magnet and CARM cavity characteristics. Finally we discuss the code development effort for the analysis of the radiation output performances.

Questa pubblicazione rappresenta il “conceptual design report” per una sorgente a radiofrequenza di tipo CARM (Cyclotron auto resonance maser) operante a 250 GHz e progettata per attività di ricerca sul plasma. Lo studio è finalizzato alla pianificazione della costruzione di un dispositivo di tipo CARM nel Centro ENEA di Frascati, nell’ambito di ricerche concernenti la fusione nucleare. Le attività contemplate nel progetto raccolgono assieme differenti competenze tradizionalmente presenti all’interno dell’ENEA e, oltre la già citata fusione, riguardano la scienza e tecnologia degli acceleratori di particelle, la gestione e il trasporto dei fasci di particelle cariche, la superconduttività. Il documento prende in considerazione i vari particolari del progetto ed è diviso in due parti. La prima include la descrizione generale dell’intero sistema, tra l’altro presentando le ragioni a supporto della scelta del CARM, i presupposti teorici, le ragioni della la scelta dei parametri di operazione e le prestazioni attese dalla sorgente stessa. Nella seconda parte del testo sono riportati i dettagli costruttivi e ogni aspetto è adeguatamente descritto negli annessi tecnici: il progetto del catodo, la formazione e il trasporto del fascio di elettroni; le caratteristiche della alimentazione elettrica e della linea formatrice di impulso; il magnete superconduttore e le caratteristiche della cavità del CARM; lo sviluppo dei codici di calcolo per l’analisi delle prestazioni RF della sorgente.