Onderzoekers van General Atomics (GA) hebben een nieuw soort gammastraalcamera uitgevonden die stralen van energetische elektronen in ultraheet fusieplasma kan afbeelden.

Het apparaat wordt gebruikt in lopend wereldwijd onderzoek dat fusie ontwikkelt tot een nieuwe schone energiebron. Om fusiebrandstof om te zetten in winbare energie moet het heter zijn dan het centrum van de zon, dus in de plasmatoestand. Als de uitschakelfase van de werking niet goed wordt gecontroleerd, vrijgekomen magnetische energie kan een elektronenpopulatie tot relativistische snelheden drijven. Als deze populatie niet onder controle is, de elektronen botsen op de binnenwanden van de plasmakamer, leidt tot materiële schade.

Een team van onderzoekers werkt aan een beter begrip van de eigenschappen van deze elektronen in de DIII-D National Fusion Facility die wordt beheerd door GA in San Diego voor het Amerikaanse ministerie van Energie. Ze ontwierpen en bouwden een Gamma Ray Imager om het beeld van deze deeltjes vast te leggen.

De Gamma Ray Imager werkt volgens het principe van een standaard pinhole-camera (Figuur 1), behalve dat het is gemaakt van lood en 420 pond (190,5 kilogram) weegt. De imager neemt eigenlijk beelden op van even energetische gammastralen die worden uitgezonden door de elektronen, en de lead is nodig om een ​​goede focus te bereiken (Figuur 2). Deze gammastralingsmetingen geven informatie over de energie, richting, en hoeveelheid elektronen in de relativistische populatie, waardoor onderzoekers een ongeëvenaard beeld krijgen van hoe de energetische elektronen evolueren en interageren met het fusieplasma.

"Dit systeem stelt ons in staat om met ongekend detail te zien hoe verschillende plasma-eigenschappen deze elektronen kunnen verminderen, " zei Dr. Carlos Paz-Soldan, de wetenschapper die de eerste experimenten leidde met de nieuwe camera. De resultaten, zal worden gepresenteerd op de American Physical Society Division of Plasma Physics conferentie van 31 oktober-november. 4, experimenteel aantonen dat stralings"reactie"-krachten in staat zijn om de hoogste energie-elektronen te onderdrukken, terwijl botsingen met andere elektronen het meest effectief zijn bij lage energie (Figuur 3).

Deze metingen impliceren dat energetische elektronencontrole niet one-size-fits-all is, en dat verschillende energieën verschillende regelstrategieën vereisen.

Met de nieuwe metingen wetenschappers kunnen het gedrag van de elektronenpopulaties vergelijken met theoretische modellen die wereldwijd door onderzoeksteams worden ontwikkeld. Deze modellen zijn beurtelings, cruciaal om te voorspellen hoe de elektronenpopulaties zich zullen gedragen in nieuwe reactoren, zoals de ITER-tokamak die nu in aanbouw is in Cadarache, Frankrijk, en zo ervoor te zorgen dat ze adequaat kunnen worden gecontroleerd.