Het meten van kleine snelle elektronenpopulaties verborgen in een zee van koudere "thermische" elektronen in tokamak-plasma's is een grote uitdaging. Waarom? De uitdaging komt van het snelle elektronensignaal dat in de meeste diagnostiek wordt overweldigd door het thermische elektronensignaal. Natuurkundigen aan de Universiteit van Californië-San Diego, met natuurkundigen van Oak Ridge National Lab en van General Atomics, zijn erin geslaagd snelle elektronenpopulaties te meten. Ze bereikten dit unieke resultaat door het effect van de snelle elektronen op de ablatiesnelheid van kleine bevroren argonpellets te zien.

Tokamak-verstoringen, grote instabiliteiten die af en toe de volledige plasmaontlading kunnen beëindigen, zijn een belangrijk aandachtspunt van het tokamak-concept voor magnetische fusie-energie. Deze verstoringen kunnen grote snelle "op hol geslagen" elektronenbundels vormen die onaanvaardbaar grote plaatselijke schade aan de reactorwand kunnen veroorzaken. Deze snelle elektronenbundels beginnen met kleine, moeilijk te meten snelle elektronen "zaden". De zaden vormen zich aan het begin van verstoringen. Het observeren van deze zaden is een belangrijke eerste stap in het voorspellen en voorkomen van snelle elektronenbeschadiging aan de vaatwanden tijdens tokamak-verstoringen.

Tokamak-verstoringen zijn grote magnetohydrodynamische (MHD) instabiliteiten die kunnen optreden, bijvoorbeeld, als er een zeldzame en onvoorziene storing is in het plasmapositiecontrolesysteem waardoor het plasma de kamerwanden raakt. Deze instabiliteiten veroorzaken sputteren van wandmateriaal waar het plasma de wand raakt, en de resulterende onzuiverheden komen dan in het plasma, waardoor een onzuiverheid "koude front" die in de plasmakern beweegt.

Aan dit koufront de onzuiverheden stralen sterk uit, waardoor de plasmatemperatuur snel daalt. Als de daling snel genoeg is, kleine snelle elektronenzaden kunnen zich vormen. Deze zaden kunnen versnellen tot relativistische (MeV+-niveau) energieën en vervolgens hun aantal versterken door het lawineproces (dat ook voorkomt bij bliksem, fotomultiplicatorbuizen, enzovoort.), uiteindelijk grote snelle elektronenbundels vormen. Het meten van de initiële snelle elektronenzaden is belangrijk voor tokamaks om te voorspellen of en wanneer grote snelle elektronenbundels zullen ontstaan ​​en hoe dit te voorkomen.

momenteel, voorspellingen worden gedaan met behulp van twee formules:de Dreicer-formule (die uitgaat van een constante temperatuur) en de hot tail-formule (die uitgaat van een zeer snelle temperatuurdaling). In de DIII-D tokamak, wetenschappers ontwierpen experimenten om opzettelijke verstoringen te veroorzaken door kleine bevroren argon-ijspellets in plasma-ontladingen af ​​te vuren. Het hete plasma zorgt ervoor dat argondamp van het pelletoppervlak verdampt, vorming van een koufront en verstoring.

De snelheid waarmee argon verdampt (ableert) van het pelletoppervlak is erg gevoelig voor het aantal snelle elektronen in het plasma; door zorgvuldige analyse, het was mogelijk om de thermische en snelle elektronenpopulaties in het plasma te scheiden tijdens de opzettelijke verstoringen. Het team ontdekte dat de snelle elektronenzaadmagnitudes ongeveer 100x kleiner waren dan voorspeld door de hot tail-formule, maar ongeveer 100x groter dan voorspeld door de Dreicer-formule. Deze experimenten, daarom, duidelijk de behoefte aan verbeterde formules of simulaties aantonen om snelle elektronenzaden tijdens verstoringen te voorspellen.