Om een ​​praktische fusie-energiereactor te creëren, onderzoekers moeten deeltjes controleren die bekend staan ​​​​als snelle ionen. Deze snelle ionen, die elektrisch geladen waterstofatomen zijn, bieden een groot deel van het zelfverhittingsvermogen van de reactor als ze botsen met andere ionen. Maar ze kunnen ook snel ontsnappen aan de krachtige magnetische velden die worden gebruikt om ze op te sluiten en de wanden van het insluitingsvat oververhitten, schade aanrichten.

Een team van de DIII-D National Fusion Facility heeft onlangs een andere benadering gekozen om deze moeilijk te meten deeltjes te bestuderen. Het onderzoek liet veelbelovende resultaten zien die niet alleen inzichten hebben opgeleverd in de fysica van de deeltjes zelf, maar ze kunnen ook leiden tot nieuwe en betrouwbare manieren om te controleren en te beheren hoe goed snelle ionen in toekomstige reactoren aanwezig zijn.

"Dit is echt een opwindende tijd om te werken aan dit soort uitdagingen op het gebied van fusie-energie, ", zei DIII-D-onderzoeker Kathreen Thome. "De wereldwijde fusiegemeenschap maakt een versnelling op de weg naar energie-output, en elk beetje extra inzicht dat we in deze problemen kunnen genereren, brengt ons dichter bij die bestemming."

Een deel van de onderzoeksuitdaging bij het meten van de snelle ionen ligt in de ruwe omgeving in het hart van een tokamak, een soort fusiereactor. Gevoelige sensoren die in de huidige tokamaks voor onderzoek worden gebruikt, zouden eenvoudigweg worden vernietigd in toekomstige fusiereactoren, die een veel hogere macht zal hebben. Het DIII-D-team gebruikte een robuuste magnetische sensor en krachtige computers om een ​​kleine beweging die door deze snelle deeltjes in het magnetische veld van het apparaat werd gecreëerd, vast te leggen en te interpreteren. Deze magnetische veldfluctuatie (Figuur 1) geeft informatie over de eigenschappen en het gedrag van de snelle ionen en hoe ze interageren met plasmagolven.

De volgende stap voor de fusiegemeenschap zal zijn om de gegenereerde gegevens te gebruiken om de mogelijkheden uit te breiden van computermodellen die het gedrag van snelle ionen interpreteren op basis van deze bewegingen. Zodra modellen effectiever zijn gemaakt, ze kunnen worden gekoppeld aan de robuuste magnetische sensoren in toekomstige krachtige reactoren om realtime controle te bieden over de omstandigheden die snelle ionen beïnvloeden. Als die feedbacklus tot stand kan worden gebracht, de snelle ionen konden niet alleen worden voorkomen dat ze de tokamak-wanden beschadigen, ze zouden kunnen worden gebruikt om het plasma efficiënter te verwarmen.