Advanced Thomson scattering techniques as diagnostics for fusion plasmas

I contenuti di questa tesi sono stati svolti nella cornice della ricerca globale sulla Fusione nucleare a Confinamento Magnetico (FCM). Il progetto guida per la FCM è ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), in costruzione a Cadarache, nel sud della Francia, e con messa in esercizio prevista per il 2025. ITER è una macchina senza precedenti, che spinge all’estremo i limiti della tecnologia e della scienza in tutti i settori, e il campo della diagnostica di plasma non fa eccezione. Lo scattering Thomson (ST) è una delle diagnostiche più potenti tra quelle disponibili su una macchina a fusione, ed è in grado di misurare con elevata risoluzione spaziale e temporale la temperatura e la densità degli elettroni, misure chiave per lo studio dei plasmi. Sebbene lo ST sia una diagnostica già collaudata e in uso su quasi tutte le macchine a fusione esistenti, anch’esso deve essere migliorato e reso adatto agli esigenti requisiti di ITER. In questo lavoro di tesi sono state esplorate due tecniche di scattering Thomson avanzato che hanno lo scopo di risolvere alcune delle sfide dello ST di ITER attraverso tre esperimenti indipendenti svolti su tre macchine separate. Capitolo 1 fornisce una breve introduzione alla FCM vista come parte della soluzione all’attuale crisi globale dell’energia. Capitolo 2 introduce la teoria generale dello scattering di Thomson e una descrizione delle tecniche avanzate trattate in questo lavoro di tesi. Capitolo 3 descrive l’esperimento di ST con laser duale svolto su RFX-mod, Padova, durante il primo anno di dottorato. Questo è stato per l’autore il primo esperimento svolto con successo su questa tecnica avanzata. Capitolo 4 descrive l’esperimento di ST polarimetrico svolto su JET, Oxford, durante il secondo anno di dottorato. Questo è stato per l’autore il primo esperimento svolto con successo su questa tecnica avanzata. Capitolo 5 descrive l’esperimento di ST con laser duale svolto su LHD, Giappone, durante il secondo anno di dottorato. Questo è stato per l’autore il secondo esperimento svolto con successo su questa tecnica avanzata. Gli esperimenti svolti, descritti in questo lavoro di tesi, dimostrano la fattibilità di queste due tecniche di ST avanzato, mai testate prima, e che sono entrambe di grande interesse per l’applicazione sulla prossima generazione di macchine a fusione.