Een team van wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) heeft een nieuwe methode ontwikkeld om de hoeveelheid hitte en deeltjes te meten die de wanden van fusie-apparaten bombarderen. schade aan machineonderdelen.

De sleutel tot de nieuwe techniek is het meten van de hoeveelheid licht die door de muren wordt uitgestraald wanneer deze wordt getroffen door hoogenergetische deeltjes, zoals die worden aangetroffen in fusie-apparaten die tokamaks worden genoemd. Deze methode, actieve thermografie genaamd, wordt in de toekomst gecombineerd met een infrarood thermografiecamera die nu al meet hoeveel warmte er door de muren stroomt.

“Voor het eerst kunnen we tegelijkertijd naar warmte- en deeltjestransport kijken op een fusie-apparaat”, zegt PPPL-natuurkundige Richard Hawryluk, hoofdonderzoeker van het project. “Het begrijpen van de hitte en de deeltjes die op de wandmaterialen worden afgezet, zal ons helpen erachter te komen hoe we de prestaties en levensduur van de reactor kunnen optimaliseren.”

De PPPL-wetenschappers werkten samen met onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL), General Atomics en het Massachusetts Institute of Technology om de nieuwe techniek te ontwikkelen. Het team testte de techniek op ORNL's Joint European Torus (JET), 's werelds grootste en krachtigste tokamak-fusieapparaat.

“We konden een krachtige verwarmingsstraal gebruiken om nauwkeurig een gelokaliseerde plek op het oppervlak van het JET-schip te verwarmen en het uitgestraalde licht te registreren”, aldus Hawryluk. “Hierdoor konden we de relatieve bijdrage van warmte en deeltjes aan de warmtebelasting aan het oppervlak meten en bepalen hoe de warmtebelasting aan het oppervlak verandert als we de plasmaomstandigheden veranderen.”

Het team ontdekte dat de warmtebelasting werd verminderd als het plasma zich in een modus met hoge opsluiting bevond, de zogenaamde ‘H-modus’. Dit komt doordat het plasma stabieler was in de H-modus en de warmte en deeltjes effectiever werden beperkt tot de kern van het plasma, waardoor de hoeveelheid warmte en deeltjes die de wanden bereikten, werd verminderd.

De nieuwe techniek biedt een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van de plasma-wandinteracties in tokamaks. Deze informatie is van cruciaal belang voor het ontwerpen en exploiteren van fusie-apparaten die elektriciteit kunnen produceren zonder de componenten ervan te beschadigen.

"Dit is een zeer belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen hoe warmte en deeltjes worden afgezet op de naar plasma gerichte oppervlakken van fusie-apparaten", aldus Hawryluk. “Deze kennis zal ons helpen toekomstige fusiereactoren te ontwerpen die efficiënter en voor langere tijd kunnen functioneren.”