Forskere måler, hvordan ioner bombarderer vægge af fusionsenheder

Et team af forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har udviklet en ny metode til at måle mængden af ​​varme og partikler, der bombarderer væggene i fusionsenheder, information afgørende for at forstå, hvordan man reducerer eller eliminerer beskadigelse af maskinkomponenter.

Nøglen til den nye teknik er at måle mængden af ​​lys, der udsendes fra væggene, når de bliver ramt af højenergipartikler, såsom dem, der findes i fusionsenheder kaldet tokamaks. Denne metode, kendt som aktiv termografi, vil i fremtiden blive kombineret med et infrarødt termografikamera, der allerede måler, hvor meget varme der strømmer gennem væggene.

"For første gang kan vi se på varme- og partikeltransport samtidigt på en fusionsenhed," sagde PPPL-fysiker Richard Hawryluk, projektets hovedforsker. "Forståelse af varmen og partiklerne aflejret på vægmaterialerne vil hjælpe os med at finde ud af, hvordan vi optimerer reaktorydelsen og levetiden."

PPPL-forskerne samarbejdede med forskere ved DOE's Oak Ridge National Laboratory (ORNL), General Atomics og Massachusetts Institute of Technology for at udvikle den nye teknik. Holdet testede teknikken på ORNLs Joint European Torus (JET), verdens største og mest kraftfulde tokamak-fusionsenhed.

"Vi var i stand til at bruge en højeffekt varmestråle til præcist at opvarme et lokaliseret sted på overfladen af ​​JET-fartøjet og registrere det udsendte lys," sagde Hawryluk. "Dette gjorde det muligt for os at måle det relative bidrag fra varme og partikler til overfladevarmebelastningerne og bestemme, hvordan overfladevarmebelastningerne ændrer sig, når vi ændrer plasmaforholdene."

Holdet fandt ud af, at varmebelastningerne blev reduceret, når plasmaet var i en høj indeslutningstilstand kaldet "H-mode." Dette skyldes, at plasmaet var mere stabilt i H-tilstand, og varmen og partiklerne var mere effektivt begrænset til plasmaets kerne, hvilket reducerede mængden af ​​varme og partikler, der nåede væggene.

Den nye teknik giver et værdifuldt værktøj til at studere plasma-væg interaktioner i tokamaks. Disse oplysninger er afgørende for at designe og betjene fusionsenheder, der kan producere elektricitet uden at beskadige deres komponenter.

"Dette er et meget vigtigt skridt fremad i forståelsen af, hvordan varme og partikler aflejres på de plasma-vendte overflader af fusionsenheder," sagde Hawryluk. "Denne viden vil hjælpe os med at designe fremtidige fusionsreaktorer, der kan fungere mere effektivt og i længere perioder."