ORNL-teamet bygger bærbar diagnostik til fusionseksperimenter fra varer på hylden

Teknikkerne Theodore Biewer og hans kolleger bruger til at måle, om plasma har de rigtige betingelser for at skabe fusion, har eksisteret et stykke tid.

De specialiserede lasere og hyldekomponenter, de arbejder med, er ikke noget nyt, enten.

Men samler du dem til et bærbart diagnosesystem, der kan læsses i en varevogn og køres på en langrundstur med eksperimentelle fusionsreaktorprototyper?

Biewer tror, ​​at hans team vil være det første til med succes at gøre det - denne sommer.

Måling af plasmaparametre

I cirka et år, Biewer, en forsker i Fusion Energy Division ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory, har tænkt på en måde at bygge et bærbart system på, kun ved hjælp af kommercielt tilgængelige komponenter, der nøjagtigt kan måle elektrontemperatur, ion temperatur, og elektrontæthed i fusionsprototyper finansieret af DOE's Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E).

ARPA-E finansierer ni projekter under sit ALPHA-program fra 2015-som, hvis det lykkes, kunne tjene som et teknologisk grundlag for nye reaktordesign. Men agenturet havde brug for en måde at fortælle, om plasmaet i prototyperne er varmt nok, tæt nok, og indeholdt godt nok i magnetfeltet til at producere fusion. I januar 2019, agenturet efterlyste yderligere forslag til at bygge bærbare diagnosesystemer til måling af nøgleparametre i disse nye maskiner. Biewers teams forslag blev valgt sidste sommer og modtog lidt mere end $ 1 million i finansiering i november 2019.

Til den tid, Biewer, hvem er hovedforsker, allerede havde undersøgt de kommercielt tilgængelige komponenter til optisk emissionsspektroskopi, en teknik, der bruger lys til at måle, hvilke typer ioner der er til stede i hvilke koncentrationer og ved hvilke temperaturer, og Thomson spredning, som bruger lasere til at måle elektrontæthed og temperatur ved spredning af laserlyset fra elektronerne i plasmaet.

Seks måneder til resultater

Biewer sagde, at Thomson -spredning er guldstandarden for måling af disse parametre, dels fordi det producerer data, der er nyttige uden at skulle bruge meget fortolkning. Thomson-spredning udføres generelt med avancerede lasere, der er blevet tilpasset og indbygget i permanente systemer, der er placeret i dedikerede klimakontrollerede bygninger ved siden af ​​plasma-reaktorerne.

"De er meget komplicerede systemer, der virkelig gør jobbet godt, "Biewer sagde." Men ARPA-E ønskede at kunne flytte systemet fra maskine til maskine. Så vi foreslog at bruge nogle lasere, der ikke er så kraftige som dem, der bruges i disse permanente systemer, men som stadig har nok energi til at få arbejdet udført. "

R&D medarbejder Drew Elliott, postdoktor Nischal Kafle, og kandidatstuderende ved University of Tennessee Zichen "Horus" Han har bygget systemet på en rullende vogn, assisteret af instrumenteringsspecialist Wayne Garren og He's rådgiver, UT -professor Zhili Zhang.

Vendingen er hurtig. I marts Biewer håber, at de vil have testet systemet på en plasmakilde i ORNL's Engineering Technology Center. I maj, han håber at have data at præsentere på den 23. topiske konference om høj temperatur plasmadiagnostik i New Mexico.

Og i juni, han håber, at systemet vil være på vej til Princeton Plasma Physics Lab (PPPL) i New Jersey, bokset op i en lastbil fra ORNLs motorpool, drevet af sit hold.

'Tag laser, vil rejse'

Efter 4-6 måneders test af systemet på en fusionsenhed på PPPL, holdet vil tage det til en anden fusionsenhed ved University of Washington i Seattle og teste det i omtrent samme tid. En tur for at måle en tredje enhed er mulig - "Hav laser, vil rejse, "Sagde Biewer.

ORNLs historie som førende inden for fusionsenergi gjorde den til en førsteklasses placering for et projekt af denne art - selv midt i skepsis til, at en bærbar enhed kunne producere målinger nøjagtige nok til at være nyttige.

"Vi har erfaring fra systemer bygget her, "Sagde Biewer." Vi ved, hvad der skal til, og vi er inde i en bekvem tid inden for teknologiudvikling for at bringe alt dette sammen i en pakke, som vi kan hyrde rundt til disse forskellige fusionsenheder for at måle, om de kan gøre, hvad vi siger, de kan.

"Vi har knowhow nok til, at selvom vi støder på nogle faldgruber, vi ved, hvordan vi får os selv ud. Du kan ikke vide alt på forhånd, men du kan tilpasse dig begivenheder i farten. "

Biewers daværende gruppeleder, Jeff Harris, tilnavnet systemet "kuffert Thomson spredning, "men alle de systemer, ARPA-E finansierer til dette projekt, er bærbare, Sagde Biewer. Det, der gør hans teams design unikt, er brugen af ​​komponenter på hylden i stedet for specialbyggede eller omfattende tilpassede dele.

Hvis det fungerer som forventet, designet i sidste ende kunne føre til et masseproduceret system, eller ARPA-E kan fortsat finansiere teamets forskning for at forbedre konceptet.

"Det næste design kan være endnu bedre:mere kompakt, mere præcis, "Sagde Biewer.