Forskare som försöker få till jorden fusionen som driver solen och stjärnorna måste styra det heta, laddad plasma-materiens tillstånd som består av fritt flytande elektroner och atomkärnor, eller joner - som driver fusionsreaktioner. För forskare som begränsar plasma i magnetfält, en nyckeluppgift kräver mappning av formen på fälten, en process som kallas för att mäta jämvikten, eller stabilitet, av plasma. Vid U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), forskare har föreslagit en ny mätteknik för att undvika problem som förväntas vid kartläggning av fälten på stora och kraftfulla framtida tokamaker, eller magnetiska fusionsanordningar, som rymmer reaktionerna.

Neutronbombardemang

Sådana tokamaker, inklusive ITER, det stora internationella experiment som håller på att byggas i Frankrike, kommer att producera neutronbombardemang som kan skada den interiördiagnostik som nu används för att kartlägga fälten i nuvarande anläggningar. PPPL föreslår därför användning av ett alternativt diagnostiksystem som kan fungera i miljöer med hög neutron.

Systemet, en typ av plasmadiagnostik som kallas "Electron Cyclotron Emission (ECE), "mäter temperaturen på elektronerna som cyklar runt fältlinjerna." Genom att använda ett ECE -system, vi kan lära oss om plasmatemperaturen och om fluktuationer i plasma, "sa Andrew" Oak "Nelson, en doktorand i plasmafysik vid PPPL och första författare till ett plasmafysik- och kontrollerat fusionspapper som rapporterar forskningen. "Den här föreslagna metoden kan utvecklas till ett fristående kartverktyg eller användas med befintliga verktyg."

Metoden kombinerar ECE-data med en snabbkamerabild som används för att mäta gränsen för plasma. Kombinationen ger "diagnostik som robust kan utformas i högneutronmiljöer, "enligt tidningen. Processen fungerar enligt följande:

• Forskare observerar strålningen som cykelelektronerna avger;
• Strålningen ger data om temperatur och lägen, eller instabilitet, som växer i plasma;
• Data möjliggör mätning av "q-profilen"-heliciteten, eller spiral, av magnetfältet;
• Mätning av heliciteten gör att tokamak -operatörer kan kartlägga och kontrollera jämvikten i plasma.

Att vända en process

Denna teknik, som forskare testade på en simulerad urladdning av National Spherical Torus Experiment (NSTX) vid PPPL före uppgraderingen, vänder en process som normalt används inom fusionsforskning. "Folk får vanligtvis q-profilen från jämvikten, sa Nelson, "men vårt papper visar att du också kan få jämvikt genom att känna till q-profilen."

I nära samarbete med Nelson var hans rådgivare, PPPL -fysikern Egemen Kolemen, en biträdande professor vid Princeton Universitys institution för mekanisk och rymdteknik. "Oak är en oerhört begåvad student, "Kolemen sa." Metoden han utvecklade gör det möjligt att konstruera tillståndet för fusionsplasma med endast en enda diagnos, ECE. Detta kommer att vara användbart för många tokamaks inklusive ITER, för att kombinera många olika diagnoser är problematisk och felbenägen. "

Forskare planerar nu att testa ECE -tekniken på en mängd olika plasmaurladdningar. En beprövad och fullt utvecklad teknik kan ge ett värdefullt system för att kartlägga de avgörande magnetfälten i ITER och nästa generations tokamaker.