Nyckeln till den nya tekniken är att mäta mängden ljus som emitteras från väggarna när de träffas av högenergipartiklar, som de som finns i fusionsenheter som kallas tokamaks. Denna metod, känd som aktiv termografi, kommer i framtiden att kombineras med en infraröd termografikamera som redan mäter hur mycket värme som strömmar genom väggarna.
"För första gången kan vi titta på värme- och partikeltransport samtidigt på en fusionsanordning", säger PPPL-fysikern Richard Hawryluk, projektets huvudutredare. "Att förstå värmen och partiklarna som avsätts på väggmaterialen kommer att hjälpa oss att ta reda på hur vi kan optimera reaktorns prestanda och livslängd."
PPPL-forskarna samarbetade med forskare vid DOE:s Oak Ridge National Laboratory (ORNL), General Atomics och Massachusetts Institute of Technology för att utveckla den nya tekniken. Teamet testade tekniken på ORNL:s Joint European Torus (JET), världens största och mest kraftfulla tokamak-fusionsenhet.
"Vi kunde använda en värmestråle med hög effekt för att exakt värma en lokaliserad plats på ytan av JET-kärlet och registrera det emitterade ljuset," sa Hawryluk. "Detta gjorde det möjligt för oss att mäta det relativa bidraget från värme och partiklar till ytvärmebelastningarna och bestämma hur ytvärmebelastningarna förändras när vi ändrar plasmaförhållandena."
Teamet fann att värmebelastningen minskade när plasman var i ett högt inneslutet läge kallat "H-mode." Detta beror på att plasman var mer stabil i H-läge och värmen och partiklarna var mer effektivt begränsade till plasmans kärna, vilket minskade mängden värme och partiklar som nådde väggarna.
Den nya tekniken ger ett värdefullt verktyg för att studera plasma-vägg-interaktioner i tokamak. Denna information är avgörande för att designa och använda fusionsenheter som kan producera elektricitet utan att skada deras komponenter.
"Detta är ett mycket viktigt steg framåt för att förstå hur värme och partiklar avsätts på de plasmavända ytorna av fusionsenheter," sa Hawryluk. "Denna kunskap kommer att hjälpa oss att designa framtida fusionsreaktorer som kan fungera mer effektivt och under längre tidsperioder."
