Los científicos que buscan llevar a la Tierra la fusión que impulsa al sol y las estrellas deben controlar el calor, plasma cargado:el estado de la materia compuesta de electrones que flotan libremente y núcleos atómicos, o iones, que alimenta las reacciones de fusión. Para los científicos que confinan el plasma en campos magnéticos, una tarea clave requiere mapear la forma de los campos, un proceso conocido como medición del equilibrio, o estabilidad, del plasma. En el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los investigadores han propuesto una nueva técnica de medición para evitar los problemas esperados al mapear los campos en tokamaks futuros grandes y poderosos. o dispositivos de fusión magnética, que albergan las reacciones.

Bombardeos de neutrones

Tales tokamaks, incluido ITER, el gran experimento internacional en construcción en Francia, producirá bombardeos de neutrones que podrían dañar los diagnósticos interiores que ahora se utilizan para mapear los campos en las instalaciones actuales. Por lo tanto, PPPL propone el uso de un sistema de diagnóstico alternativo que podría funcionar en entornos con alto contenido de neutrones.

El sistema, un tipo de diagnóstico de plasma llamado "Emisión de ciclotrón de electrones (ECE), "mide la temperatura de los electrones que circulan alrededor de las líneas de campo". Mediante el uso de un sistema ECE, podemos aprender sobre la temperatura del plasma y sobre las fluctuaciones en el plasma, "dijo Andrew" Oak "Nelson, estudiante de posgrado en física del plasma en PPPL y primer autor de un artículo sobre física del plasma y fusión controlada que informa sobre la investigación. "Este método propuesto podría desarrollarse en una herramienta de mapeo independiente o usarse con herramientas existentes".

El método combina datos ECE con una imagen de cámara rápida que se utiliza para medir el límite del plasma. La combinación proporciona "diagnósticos que pueden diseñarse de manera robusta en entornos con altos niveles de neutrones, "según el documento. El proceso funciona de la siguiente manera:

• Los investigadores observan la radiación que emiten los electrones en ciclo;
• La radiación proporciona datos sobre la temperatura y los modos, o inestabilidades, que crecen en el plasma;
• Los datos permiten medir el "perfil q":la helicidad, o en espiral, del campo magnético;
• La medición de la helicidad permite a los operadores de tokamak mapear y controlar el equilibrio del plasma.

Revertir un proceso

Esta tecnica, que los investigadores probaron en una descarga simulada del Experimento Nacional de Torus Esférico (NSTX) en PPPL antes de su actualización, invierte un proceso normalmente utilizado en la investigación de la fusión. "La gente suele obtener el perfil q del equilibrio, "dijo Nelson, "pero nuestro artículo muestra que también se puede obtener el equilibrio conociendo el perfil q".

Trabajando en estrecha colaboración con Nelson fue su asesor, El físico de PPPL Egemen Kolemen, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Princeton. "Oak es un estudiante extremadamente talentoso, "Dijo Kolemen." El método que desarrolló permite la construcción del estado del plasma de fusión utilizando un solo diagnóstico, ECE. Esto será útil para muchos tokamaks, incluido ITER, porque la combinación de muchos diagnósticos diferentes es problemática y propensa a errores ".

Los investigadores ahora planean probar la técnica ECE en una amplia variedad de descargas de plasma. Una técnica probada y completamente desarrollada podría proporcionar un sistema valioso para mapear los campos magnéticos cruciales en el ITER y los tokamaks de próxima generación.