Gamma-strålekamera tilbyder nyt syn på elektroner med ultrahøj energi i plasma

Forskere ved General Atomics (GA) har opfundet en ny form for gammastrålekamera, der kan billedstråler af energiske elektroner inde i ultra-varmt fusionsplasma.

Enheden bruges i igangværende global forskning, der udvikler fusion til en ny ren energikilde. At omdanne fusionsbrændstof til udvindelig energi kræver, at det er varmere end midten af ​​solen, derfor i plasmatilstand. Hvis driftsfunktionen ikke lukkes godt, frigivet magnetisk energi kan drive en population af elektroner til relativistiske hastigheder. Hvis denne befolkning ikke kontrolleres, elektronerne påvirker plasmakammerets indervægge, fører til materielle skader.

Et team af forskere arbejder på at bedre forstå egenskaberne af disse elektroner ved DIII-D National Fusion Facility, der drives af GA i San Diego for det amerikanske energiministerium. De designede og byggede en gammastråler til at fange billedet af disse partikler.

Gamma Ray Imager fungerer efter princippet om et standard pinhole kamera (figur 1), bortset fra at den er lavet af bly og vejer 190,5 kilo. Billedet optager faktisk billeder af lige så energiske gammastråler, der udsendes af elektronerne, og føringen er nødvendig for at opnå et godt fokus (figur 2). Disse gammastrålemålinger giver information om energien, retning, og mængden af ​​elektroner i den relativistiske befolkning, giver forskere en enestående opfattelse af, hvordan de energiske elektroner udvikler sig og interagerer med fusionsplasmaet.

"Dette system giver os mulighed for med enestående detaljer at se, hvordan forskellige plasmaegenskaber kan dæmpe disse elektroner, "sagde Dr. Carlos Paz-Soldan, forskeren, der ledede de første eksperimenter ved hjælp af det nye kamera. Resultaterne, skal præsenteres på American Physical Society Division of Plasma Physics konference 31. oktober-nov. 4, demonstrere eksperimentelt, at strålings "reaktion" kræfter er i stand til at sap de elektroner med den højeste energi, mens kollisioner med andre elektroner er mest effektive ved lav energi (figur 3).

Disse målinger indebærer, at energisk elektronstyring ikke er en størrelse, der passer til alle, og at forskellige energier kræver forskellige kontrolstrategier.

Med de nye målinger, forskere kan sammenligne elektronpopulationernes adfærd med teoretiske modeller, der udvikles af forskerhold verden over. Disse modeller er, på tur, afgørende for at forudsige, hvordan elektronpopulationerne vil opføre sig i nye reaktorer, såsom ITER tokamak nu under opførelse i Cadarache, Frankrig, og dermed sikre, at de kan kontrolleres tilstrækkeligt.