Als het gaat om plasmawinden in een tokamak, onderzoekers zijn altijd op zoek naar de Goldilocks-oplossing - een die precies goed is. Winden die te hoog of te laag zijn, kunnen de plasma-efficiëntie verminderen. Onderzoekers van het DIII-D National Fusion Center gebruiken een nieuw type beeldvorming om de wind met de juiste snelheid te laten bewegen. Plasmawinden worden vaker stromen genoemd. Onderzoekers gebruiken coherentiebeeldvorming om de snelheden van ionen in de stroom beter te begrijpen. De resultaten zullen helpen bij het ontwerpen van effectieve uitlaatoplossingen. Deze oplossingen zullen de prestaties van fusieplasma verbeteren en de efficiëntie verhogen.

Stromen met snelheden van meer dan 40 kilometer per seconde kunnen warmte en deeltjes over grote afstanden transporteren in het grensplasma van een fusie-tokamak. Wanneer deze stromen te snel reizen, of als ze stagneren, ze kunnen de plasmaprestaties schaden door de ophoping van onzuiverheden toe te staan. Het karakteriseren van zowel onzuiverheid als hoofdionstromen met coherentiebeeldvorming biedt meer ruimtelijk detail dan eerdere methoden. Het maakt de gedetailleerde model/experimentvergelijking mogelijk die nodig is om modellen te verbeteren. Naast meer ruimtelijk detail, de beeldvormende datasets bieden inzicht in extreem hete en hoogwaardige plasma's. Wetenschappers kunnen de datasets gebruiken om complexe 3D-stromen te onderzoeken.

Coherentiebeeldvorming meet de rood- en blauwverschoven emissie van ionen die in het zichtbare spectrum uitstralen door een interferometer te combineren met een snelle camera. De resulterende beelden worden gebruikt om de snelheid door het hele gezichtsveld van de camera te berekenen. De resulterende datasets benchmarken geavanceerde vloeistofmodellering van de plasma-afleider van de tokamak.

In dit onderzoek, onderzoekers vergeleken 2-D heliumionsnelheden in de afschraaplaag en divertorgebieden van de DIII-D tokamak met ultramoderne vloeistofmodelsimulaties met behulp van een geavanceerde code. De snelheid van enkel geladen heliumionen die langs magnetische veldlijnen reizen, werd goed voorspeld door het model in het gebied dicht bij de divertorplaat waar He+ het dominante ion is, en elektronenfysica domineert de momentumbalans. Verder stroomopwaarts, waar dubbel geladen helium (He2+) de belangrijkste ionensoort is en ionenfysica belangrijker wordt, vloeistofmodellering onderschat de snelheid met een factor 2 tot 3. Deze resultaten geven aan dat een beter begrip nodig is om het gedrag van de ionenpopulatie in deze uitdagende omstandigheden te voorspellen en dat er nog veel te leren valt over de rol van ionen in de tokamak divertor.