Forskare vid General Atomics (GA) har uppfunnit en ny typ av gammastrålkamera som kan avbilda strålar av energiska elektroner inuti ultra-het fusionsplasma.

Enheten används i pågående global forskning som utvecklar fusion till en ny ren energikälla. För att göra fusionsbränsle till utvinnbar energi krävs att det är varmare än solens mittpunkt, därav i plasmatillståndet. Om avstängningsfasen inte fungerar väl, frigjord magnetisk energi kan driva en elektronpopulation till relativistiska hastigheter. Om denna befolkning inte kontrolleras, elektronerna påverkar plasmakammarens innerväggar, leder till materiella skador.

Ett team av forskare arbetar för att bättre förstå egenskaperna hos dessa elektroner vid DIII-D National Fusion Facility som drivs av GA i San Diego för US Department of Energy. De designade och byggde en gammastrålare för att fånga bilden av dessa partiklar.

Gamma Ray Imager fungerar enligt principen för en vanlig hålkamera (Figur 1), förutom att den är gjord av bly och väger 420 pund (190,5 kilo). Imagern spelar faktiskt in bilder av lika energiska gammastrålar som avges av elektronerna, och ledningen är nödvändig för att uppnå ett bra fokus (Figur 2). Dessa gammastrålningsmätningar ger information om energin, riktning, och mängden elektroner i den relativistiska befolkningen, ger forskare en oöverträffad uppfattning om hur de energiska elektronerna utvecklas och interagerar med fusionsplasma.

"Detta system gör att vi med oöverträffade detaljer kan se hur olika plasmagenskaper kan mildra dessa elektroner, "sade Dr Carlos Paz-Soldan, forskaren som ledde de första experimenten med den nya kameran. Resultaten, ska presenteras vid American Physical Society Division of Plasma Physics-konferensen 31 oktober-nov. 4, demonstrera experimentellt att strålnings "reaktion" krafter kan sap de högsta energin elektroner medan kollisioner med andra elektroner är mest effektiva vid låg energi (figur 3).

Dessa mätningar innebär att energisk elektronstyrning inte passar alla, och att olika energier kräver olika kontrollstrategier.

Med de nya mätningarna, forskare kan jämföra elektronpopulationernas beteende med teoretiska modeller som utvecklas av forskningsteam över hela världen. Dessa modeller är, i tur och ordning, avgörande för att förutsäga hur elektronpopulationerna kommer att bete sig i nya reaktorer, till exempel ITER tokamak som nu byggs i Cadarache, Frankrike, och därmed se till att de kan kontrolleras på ett adekvat sätt.