Los físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de los EE. UU. (DOE) han desarrollado un diagnóstico que proporciona información crucial en tiempo real sobre el plasma ultracaliente que se arremolina dentro de las máquinas de fusión en forma de rosquilla conocidas como tokamaks. Este dispositivo monitorea cuatro ubicaciones en un plasma, permitiendo al diagnóstico realizar cálculos rápidos de cómo los perfiles de velocidad de los iones dentro del plasma evolucionan con el tiempo.

Los resultados se encuentran entre los primeros obtenidos del National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) de PPPL, la máquina insignia del Laboratorio recientemente mejorada. Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencias del DOE (Fusion Energy Sciences).

En un artículo de 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 servicio y funcionamiento del dispositivo, llamado diagnóstico de velocidad en tiempo real (RTV), que podría convertirse en parte de un sistema para controlar activamente la velocidad de rotación del plasma. "El control de la rotación es fundamental para optimizar la estabilidad del plasma frente a una variedad de inestabilidades, "señaló Stan Kaye, subdirector de programas de NSTX-U. Esta estabilidad es esencial para que se produzcan 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 detecta el diagnóstico. El instrumento deduce 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 acelera hacia alguien y más bajo cuando se aleja.

El pequeño número de mediciones necesarias es crucial para la velocidad de cálculo. "Es como la diferencia entre construir un automóvil de carretera y un automóvil de carreras, "dijo Podestà." Cuando construyes un coche de carreras, elimina todo lo que no es necesario y presiona para aumentar el rendimiento. Similar, estas cuatro mediciones dan la cantidad mínima de información para inferir la velocidad del plasma a medida que evoluciona la descarga de plasma ". De hecho, Experimentos previos en el tokamak antes de su actualización muestran que cuatro mediciones, cada una optimizada para recolectar la máxima cantidad de luz, son todo lo que los investigadores necesitan para controlar la rotación del plasma. dadas las restricciones integradas de NSTX-U.

La medición de la velocidad en tiempo real no es única. Otros tokamaks, como el Joint European Torus (JET) en Inglaterra y JT-60U en Japón, tienen diagnósticos que miden velocidades en tiempo real, aunque a una frecuencia de muestreo más baja que en el diagnóstico de RTV. Podestà y Bell querían un diagnóstico que ofreciera una imagen más completa del perfil de velocidad del plasma. Producir ese tipo de imagen significó elegir con mucho cuidado la ubicación de los cuatro puntos de medición.

"Además, "dijo Podestà, "Los plasmas en NSTX-U pueden evolucionar en escalas de tiempo que son más rápidas que las que se observan normalmente en JET o JT-60U. Por lo tanto, necesitábamos medir a velocidades de muestreo más altas para tener una mejor idea de cómo cambia la velocidad con el tiempo durante una descarga de plasma ".

Debido a sus rápidos cálculos, el diagnóstico de RTV podría algún día encajar en un sistema más grande que permita a los científicos ajustar el perfil de velocidad de un plasma y optimizar el rendimiento del plasma durante las operaciones de fusión.

PPPL, en el campus de Forrestal de la Universidad de Princeton en Plainsboro, NUEVA JERSEY., se dedica a crear nuevos conocimientos sobre la física de los plasmas:ultracalientes, gases cargados y el desarrollo de soluciones prácticas para la creación de energía de fusión. El laboratorio es administrado por la Universidad para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU., que es el mayor patrocinador individual de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos, y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo. Para más información, visite science.energy.gov.