Att mäta små snabba elektronpopulationer gömda i ett hav av kallare "termiska" elektroner i tokamakplasma är mycket utmanande. Varför? Utmaningen kommer från att den snabba elektronsignalen överväldigas av termisk elektronsignal i de flesta diagnoser. Fysiker vid University of California-San Diego, med fysiker från Oak Ridge National Lab och från General Atomics, har lyckats mäta snabba elektronpopulationer. De uppnådde detta första resultat i sitt slag genom att se effekten av de snabba elektronerna på ablationshastigheten hos små frysta argonpellets.

Tokamak -störningar, stora instabiliteter som ibland kan avsluta hela plasmaurladdningen, är ett stort bekymmer för tokamak -konceptet för magnetisk fusionsenergi. Dessa störningar kan bilda stora snabba "flyktiga" elektronstrålar som kan orsaka oacceptabelt stora lokaliserade reaktorväggskador. Dessa snabba elektronstrålar börjar med små svårmätbara snabba elektron "frön". Fröna bildas i början av störningar. Att observera dessa frön är ett viktigt första steg för att förutsäga och undvika snabba elektronskador på kärlväggarna under avbrott i tokamak.

Tokamak -störningar är stora magnetohydrodynamiska (MHD) instabiliteter som kan uppstå, till exempel, om det finns ett sällsynt och oförutsett fel i plasmapositionskontrollsystemet som får plasma att vidröra kammarväggarna. Dessa instabiliteter orsakar väggmaterialförstoftning där plasma rör vid väggen, och de resulterande föroreningarna kommer sedan in i plasma, orsakar en oren "kallfront" som rör sig in i plasmakärnan.

Vid denna kalla front, orenheterna strålar starkt, orsakar en snabb sänkning av plasmatemperaturen. Om droppen är tillräckligt snabb, små snabba elektronfrön kan bildas. Dessa frön kan accelerera till relativistiska (MeV+ -nivåer) energier och sedan förstärka deras antal genom lavinprocessen (som också sker i blixtnedslag, fotomultiplikatorrör, etc.), så småningom bildar stora snabba elektronstrålar. Att mäta de initiala snabba elektronfrön är viktigt för tokamaks att förutsäga om och när stora snabba elektronstrålar kommer att bildas och hur man undviker detta.

Nuvarande, förutsägelser görs med två formler:Dreicer -formeln (som antar konstant temperatur) och formeln för varm svans (som förutsätter ett mycket snabbt temperaturfall). I DIII-D tokamak, forskare utformade experiment för att bilda avsiktliga störningar genom att skjuta små frysta argonispellets till plasmatladdningar. Den heta plasma får argonånga att avdunsta från pellets yta, bildar en kallfront och störningar.

Hastigheten med vilken argon avdunstar (ablater) från pellets yta är mycket känslig för antalet snabba elektroner i plasma; genom noggrann analys, det var möjligt att separera de termiska och snabba elektronpopulationerna i plasma under avsiktliga störningar. Teamet fann att de snabba elektronfröstorleken var cirka 100x mindre än vad som förutspås av formeln för het svans men cirka 100x större än förutspådd av Dreicer -formeln. Dessa experiment, därför, tydligt visa ett behov av förbättrade formler eller simuleringar för att förutsäga snabba elektronfrön under störningar.