Los físicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE han desarrollado un diagnóstico que proporciona información crucial en tiempo real sobre el remolino de plasma ultrarrápido dentro de máquinas de fusión en forma de rosquilla conocidas como tokamaks. Este dispositivo monitorea cuatro ubicacionesen un plasma, lo que permite al diagnóstico hacer cálculos rápidos de cómo evolucionan los perfiles de velocidad de los iones dentro del plasma con el tiempo.
Los resultados se encuentran entre los primeros obtenidos de la Actualización de Experimento de Toro Esférico Nacional de PPPL NSTX-U, la máquina insignia recientemente actualizada del Laboratorio. Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencia del DOE Fusion Energy Sciences.
En un documento en la edición de noviembre de 2016 de Física del plasma y fusión controlada , los físicos Mario Podestà y Ron Bell informan de la exitosa puesta en marcha y funcionamiento del dispositivo, denominado diagnóstico de velocidad en tiempo real RTV, que podría formar parte de un sistema para controlar activamente la velocidad de rotación del plasma ". El control de la rotación escrítico para optimizar la estabilidad del plasma frente a una gama de inestabilidades ", señaló Stan Kaye, subdirector del programa para NSTX-U. Dicha estabilidad es esencial para que tengan lugar las reacciones de fusión.
El diagnóstico recopila información al observar lo que sucede cuando se inyecta un haz de átomos neutros en el plasma. Cuando estos átomos interactúan con iones de carbono cargados en el plasma, los átomos de carbono excitados producen un fotón de luz que el diagnóstico detecta. El instrumentodeduce la velocidad de los iones de plasma teniendo en cuenta el efecto Doppler, el mismo proceso que hace que el tono de las sirenas suene más alto cuando se acerca a alguien y más bajo cuando se aleja corriendo.
El pequeño número de mediciones requeridas es crucial para la velocidad de cálculo. "Es como la diferencia entre construir un auto de carretera y un auto de carrera", dijo Podestà. "Cuando construyes un auto de carrera, eliminas todo lo que no es necesario yempuje para aumentar el rendimiento. De manera similar, estas cuatro mediciones proporcionan la cantidad mínima de información para inferir la velocidad del plasma a medida que evoluciona la descarga de plasma ". De hecho, los experimentos previos en el tokamak antes de su actualización muestran que cuatro mediciones, cada una optimizada para recolectarla cantidad máxima de luz: todos los investigadores necesitan controlar la rotación del plasma, dadas las restricciones incorporadas de NSTX-U.
La medición de velocidad en tiempo real no es única. Otros tokamaks, como el Joint European Torus JET en Inglaterra y el JT-60U en Japón, tienen diagnósticos que miden las velocidades en tiempo real, aunque a una frecuencia de muestreo menor que en el RTVdiagnóstico. Podestà y Bell querían un diagnóstico que ofreciera una imagen más completa del perfil de velocidad del plasma. Producir ese tipo de imagen significaba elegir las ubicaciones de los cuatro puntos de medición con mucho cuidado.
"Además", dijo Podestà, "los plasmas en NSTX-U pueden evolucionar en escalas de tiempo que son más rápidas que las típicamente observadas en JET o JT-60U. Por lo tanto, necesitábamos medir a frecuencias de muestreo más altas para tener un mejoridea de cómo cambia la velocidad con el tiempo durante una descarga de plasma "
Debido a sus cálculos rápidos, el diagnóstico de RTV podría algún día encajar en un sistema más grande que permita a los científicos ajustar con precisión el perfil de velocidad de un plasma y optimizar el rendimiento del plasma durante las operaciones de fusión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de física de plasma de Princeton . Original escrito por Raphael Rosen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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