Ключевой проблемой для ученых, стремящихся произвести на Земле термоядерную энергию, которая питает Солнце и звезды, является предотвращение так называемых убегающих электронов, частиц, высвобождающихся в ходе экспериментов с нарушенным термоядерным синтезом, которые могут пробивать дыры в токамаках, машинах в форме пончиков, в которых проводятся эксперименты. Ученые под руководством исследователей из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США использовали новую диагностику с широкими возможностями для обнаружения рождения, а также фаз линейного и экспоненциального роста убегающих электронов высокой энергии, которые может позволить исследователям определить, как предотвратить повреждение электронов.
Начальная энергия
«Нам нужно видеть эти электроны с их начальной энергией, а не когда они полностью выросли и движутся со скоростью, близкой к скорости света», — сказал физик PPPL Луис Дельгадо-Апарисио, который руководил экспериментом, который обнаружил ранние побеги на симметричном торе Мэдисона. (MST) в Университете Висконсин-Мэдисон. «Следующим шагом является оптимизация способов их остановки до того, как популяция убегающих электронов может вырасти в лавину», — сказал Дельгадо-Апарисио, ведущий автор первой статьи, в которой подробно описаны результаты в Review of Scientific Instruments.
Реакции синтеза производят огромное количество энергии за счет объединения легких элементов в форме плазмы — горячего заряженного состояния вещества, состоящего из свободных электронов и ядер атомов, которое составляет 99 процентов видимой Вселенной. Ученые всего мира стремятся производить и контролировать термоядерный синтез на Земле для практически неисчерпаемого запаса безопасной и чистой энергии для выработки электричества.
PPPL в сотрудничестве с Университетом Висконсина установили мультиэнергетическую камеру-обскуры на MST, которая послужила испытательным стендом для проверки возможностей камеры. Диагностика модернизирует и модернизирует камеру, которую PPPL ранее установила на ныне закрытом токамаке Alcator C-Mod в Массачусетском технологическом институте (MIT), и уникальна своей способностью регистрировать не только свойства плазмы во времени и пространство, но также и его распределение энергии.
Это мастерство позволяет исследователям охарактеризовать как эволюцию сверхгорячей плазмы, так и рождение убегающих электронов, которые начинаются с низкой энергии. «Если мы поймем содержание энергии, я могу сказать вам, каковы плотность и температура фоновой плазмы, а также количество убегающих электронов», — сказал Дельгадо Апарисио. «Таким образом, добавляя эту новую переменную энергии, мы можем узнать несколько количеств плазмы и использовать их в качестве диагностики».
Новый фотоаппарат
Использование новой камеры продвигает технологии вперед. «Безусловно, это было отличное научное сотрудничество», — сказал физик Кэри Форест, профессор Университета Висконсина, курирующий MST, который он описывает как «очень надежную машину, которая может производить убегающие электроны, не подвергая опасности ее работу».
В результате, по словам Фореста, «способность Луиса диагностировать не только место рождения и начальную фазу линейного роста электронов по мере их ускорения, а затем проследить, как они переносятся извне внутрь, — это завораживает. Сравнение его диагноза с моделирование будет следующим шагом, и, конечно, лучшее понимание может привести к новым методам смягчения последствий в будущем».
Дельгадо-Апарисио уже смотрит в будущее. «Я хочу взять весь опыт, накопленный нами в области MST, и применить его к большому токамаку», — сказал он. Два постдокторантских исследователя, которых курирует Дельгадо-Апарисио, могут опираться на результаты MST, но в WEST, Tungsten (W) Environment in Steady-State Tokamak, управляемом Французской комиссией по альтернативным источникам энергии и атомной энергии (CEA) в Кадараше, Франция.
«В своих пост-документах я хочу использовать камеры для множества разных вещей, включая перенос частиц, удержание, радиочастотный нагрев, а также этот новый поворот, диагностику и исследование убегающих электронов», — сказал Дельгадо-Апарисио. . «По сути, мы хотели бы выяснить, как обеспечить мягкое приземление электронов, и это могло бы быть очень безопасным способом борьбы с ними».
