PPPL-forskere leverer ny højopløsningsdiagnostik til national laserfacilitet

Forskere fra US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har bygget og leveret et højopløselig røntgenspektrometer til det største og mest kraftfulde laseranlæg i verden. Den diagnostiske, installeret på National Ignition Facility (NIF) på DOE's Lawrence Livermore National Laboratory, vil analysere og registrere data fra eksperimenter med høj energitæthed skabt ved at affyre NIF's 192 lasere på små brændstofpiller. Sådanne eksperimenter er relevante for projekter, der omfatter U.S. Stockpile Stewardship Program, som fastholder det amerikanske atomafskrækkende middel uden fuldskala-test, og til inertial indeslutningsfusion, et alternativ til den magnetiske indeslutningsfusion, som PPPL undersøger.

PPPL har brugt spektrometre i årtier til at analysere det elektromagnetiske spektrum af plasma, den varme fjerde tilstand af stof, hvor elektroner har adskilt sig fra atomkerner, inde i donutformede fusionsenheder kendt som tokamaks. Disse enheder opvarmer partiklerne og begrænser dem i magnetfelter, får kernerne til at smelte sammen og producere fusionsenergi. Derimod, NIFs kraftfulde lasere forårsager fusion ved opvarmning af brændstofpellets ydre. Når ydersiden fordamper, trykket strækker sig indad mod pellets kerne, knuse hydrogenatomer sammen, indtil de smelter og frigiver deres energi.

NIF testede og bekræftede, at spektrometeret fungerede som forventet den 28. september. Under forsøget enheden målte nøjagtigt elektrontemperaturen og densiteten af ​​en brændstofkapsel under fusionsprocessen. "Måling af disse betingelser er nøglen til at opnå antændelse af en selvbærende fusionsproces på NIF, "sagde PPPL -fysiker Lan Gao, der hjalp med at designe og bygge enheden. "Alt fungerede meget pænt. Signalniveauet, vi fik, var ligesom det, vi havde forudsagt."

Spektrometeret vil fokusere på en lille kapsel simuleret brændstof, der indeholder elementet krypton til at måle, hvordan tætheden og temperaturen af ​​de varme elektroner i plasma ændres over tid. "Fusionsudbyttet er meget følsomt over for temperatur, "sagde Marilyn Schneider, leder af NIFs gruppe for strålingsfysik og spektroskopisk diagnostik. "Spektrometeret vil give de mest følsomme temperaturmålinger til dato. Enhedens evne til at plotte temperatur mod tid vil også være meget nyttig."