Fysikere skal skabe ny røntgendiagnostik til WEST-fusionsenheden i Frankrig

Et team af forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har vundet en DOE Office of Science-pris for at udvikle ny røntgendiagnostik til WEST – Tungsten (W) Environment in Steady-state Tokamak – i Cadarache, Frankrig. Det treårige, 1 million dollars pris vil støtte konstruktion af to nye enheder på PPPL, plus samarbejde med franske videnskabsmænd og indsættelse af en post-doc forsker til at teste de installerede enheder på CAE Laboratories, WEST-anlæggets hjem.

"Vi er ekstremt stolte over, at vores forslag blev valgt i betragtning af, at der var stærk konkurrence fra vores samfund, " sagde PPPL-fysiker Luis F. Delgado-Aparicio. "Udvikling af innovativ røntgendiagnostik vil give os mulighed for at skubbe teknologien fremad og give os en fantastisk mulighed for at blive en del af et utroligt team af franske videnskabsmænd og ingeniører hos WEST." holdet omfatter leder af PPPL-diagnostikafdelingen Brentley Stratton og forskningsfysiker Ken Hill.

WEST er en opgradering af Tore Supra, et stort anlæg med plasma-vendte komponenter, der bruger kulstof, som dem i National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) på PPPL. Forskere ved WEST har erstattet kulstofkomponenterne med dem, der er lavet af wolfram, et materiale, der kan modstå de supervarme temperaturer af fusionsplasmaer uden at absorbere gas fra plasmaet; gassen kan frigives og forringe plasmaydelsen.

En diagnose, kaldet "Multi-Energy Hard X-ray (ME-HXR) kamera, " vil måle røntgenemissioner over et bredt energiområde fra det plasma, der brænder for fusionsreaktioner.

Måling af det bløde, eller relativt lavenergi, Røntgenstråling vil lade forskerne bestemme plasmaets temperatur og elektriske ladning. Det vil også sætte dem i stand til at finde ud af præcis, hvor tæt og hvor tunge elementer, der kan bremse fusionsreaktionerne, er spredt i plasmaet. Sådan information kan være nyttig til en række forskellige eksperimenter.

Kameraet vil også måle plasmaets hårde, eller højenergi, røntgen emissioner, som stammer fra kollisioner af baggrundsioner med højenergielektroner accelereret af et radiofrekvenssystem (RF) kendt som Lower Hybrid Current Drive (LHCD). Disse elektroner bærer strømmen i VEST-plasmaet. Spektret af de hårde, ikke-termiske emissioner vil give information om, hvor disse hurtige elektroner absorberer RF-energi.

Kameraet vil også undersøge røntgenstråling fra wolframmetalfliser, der vil dække det indre af tokamak. Den information vil afsløre, om maskinens ekstreme varme har fjernet wolframatomer fra fliserne og drevet dem ind i plasmaet. Tilstedeværelsen af ​​wolframatomer i plasmaet kunne indikere, at wolframkomponenterne begynder at smelte; overvågning af wolframindholdet er derfor afgørende for at forhindre skader på maskinen.

Den anden diagnostik, kendt som "Compact X-ray Imaging Crystal Spectrometer (cXICS), " er en variation af en enhed, som Hill og seniorfysiker Manfred Bitter opfandt til PPPL's ​​National Spherical Torus Experiment (NSTX) og Alcator C-Mod tokamak ved Massachusetts Institute of Technology (MIT). cXICS-enheden vil skabe en lav opløsning , todimensionalt tværsnitsbillede af plasmaet, der viser den generelle placering af urenheder, inklusive argon, molybdæn, xenon, og wolfram.

"Dette er to forskellige, men komplementære instrumenter, Delgado-Aparicio sagde. "De vil give vital information om plasmaerne i WEST - som kan informere fremtidige fusionsenheder."

Det planlagte design og levering af de to nye instrumenter "bygger på langsigtet ekspertise om røntgendiagnostisk udvikling hos PPPL, " sagde Stratton. "Dette laboratorium er kendt ganske positivt for sin røntgendiagnostikforskning, og det vil vi gerne fortsætte."