Development and validation of suitable models (of power supply systems) in support of the SPIDER integrated tests and first operation

Il progetto di ricerca di questo dottorato `e stato svolto nell’ambito del programma di lavoro SPIDER, volto a dimostrare la possibilit`a di raggiungere i requisiti target ITER in una sorgente di ioni con le stesse caratteristiche e dimensioni. In particolare, il lavoro di dottorato si `e concentrato sullo sviluppo e sulla validazione di adeguati modelli elettrici a supporto dei test integrati del sistema di alimentazione elettrica di SPIDER e della sua prima operazione. La prima parte del programma di lavoro era pi`u generale e indirizzata a ottenere una conoscenza approfondita del funzionamento dei sottosistemi di alimentazione di SPIDER (PS); quindi le attivit`a sono state sempre pi`u focalizzate sul sistema RF e sullo studio di problematiche specifiche sorte durante la messa in servizio della SPIDER Ion Source and Extraction Power Supply (ISEPS) e poi durante la messa in servizio e il funzionamento integrati di SPIDER. A causa della complessit`a del comportamento mostrato dal sistema RF, ho sviluppato tre modelli dettagliati del sistema RF. Tali modelli appartengono a tre diversi domini e approcci, che sono: 1. Un modello nel dominio del tempo: chiamato Full Transient Model (FTM), che `e in grado di riprodurre in dettaglio le possibili instabilit`a e non linearit`a. Tuttavia, richiede di sapere in anticipo come eccitare tali instabilit`a, un compito non banale. Inoltre, un modello nel dominio del tempo non identifica direttamente le cause delle instabilit`a; 2. Un modello nel dominio della frequenza: chiamato ISRF (Ion Source RF) Phasor Model (IPM), che implementa un’impedenza e un’analisi di risposta in frequenza del circuito RF alimentato. Ha permesso di sviluppare una mappa dei possibili punti di lavoro (possibili frequenze operative) di un singolo generatore RF in dipendenza di vari parametri di sistema, che evidenzia le possibili regioni di lavoro. Tuttavia, si tratta di un’analisi lineare e statica e, come tale, non pu`o essere utilizzata per analizzare la dinamica di un sistema non lineare che include il generatore RF; 3. Modelli basati su autovalori: un modello che traccia l’evoluzione nel tempo degli autovalori dell’intero sistema RF, chiamato Transient Eigenvalue Algorithm (TEA), e pu`o essere visto come un modello nel dominio ibrido tempo-frequenza. Pu`o evidenziare, come FTM, le non linearit`a del sistema, ma pu`o anche spiegare direttamente perch´e le instabilit`a possono aumentare analizzando il locus degli autovalori nel piano complesso.