De gauche à gauche, les physiciens du PPPL Ken Hill, Luis Delgado-Aparicio, et Brentley Stratton. Crédit :Elle Starkman
Une équipe de scientifiques du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) a remporté un prix du DOE Office of Science pour développer de nouveaux diagnostics par rayons X pour WEST - l'environnement du tungstène (W) dans le tokamak à l'état stable - à Cadarache, La France. Les trois ans, Un prix d'un million de dollars soutiendra la construction de deux nouveaux appareils à PPPL, ainsi qu'une collaboration avec des scientifiques français et le déploiement d'un chercheur post-doctorant pour tester les dispositifs installés aux Laboratoires CAE, la maison de l'installation WEST.
"Nous sommes extrêmement fiers que notre proposition ait été choisie compte tenu de la forte concurrence de notre communauté, " a déclaré le physicien PPPL Luis F. Delgado-Aparicio. " Le développement de diagnostics innovants par rayons X nous permettra de faire avancer la technologie et nous donnera une excellente occasion de faire partie d'une incroyable équipe de scientifiques et d'ingénieurs français à WEST. " D'autres scientifiques sur l'équipe comprend le chef de la division des diagnostics de PPPL, Brentley Stratton, et le chercheur principal en physique Ken Hill.
WEST est une mise à niveau de Tore Supra, une grande installation avec des composants face au plasma qui utilisent du carbone, comme ceux de la mise à niveau de l'expérience nationale du tore sphérique (NSTX-U) au PPPL. Les chercheurs de WEST ont remplacé les composants en carbone par ceux en tungstène, un matériau qui peut résister aux températures surchauffées des plasmas de fusion sans absorber le gaz du plasma; le gaz peut être libéré et dégrader les performances du plasma.
Un diagnostic, appelée « caméra à rayons X durs multi-énergies (ME-HXR), " mesurera les émissions de rayons X sur une large gamme d'énergie à partir du plasma qui alimente les réactions de fusion.
Mesurer le doux, ou relativement peu énergivore, Les émissions de rayons X permettront aux scientifiques de déterminer la température et la charge électrique du plasma. Cela leur permettra également de déterminer exactement à quelle densité et où les éléments lourds qui pourraient ralentir les réactions de fusion sont dispersés dans le plasma. Ces informations pourraient être utiles pour une variété d'expériences.
La caméra mesurera également la dureté du plasma, ou à haute énergie, émissions de rayons X, qui découlent des collisions d'ions de fond avec des électrons de haute énergie accélérés par un système de radiofréquence (RF) connu sous le nom de Lower Hybrid Current Drive (LHCD). Ces électrons transportent le courant dans le plasma WEST. Le spectre du dur, les émissions non thermiques fourniront des informations sur l'endroit où ces électrons rapides absorbent l'énergie RF.
La caméra sondera également les émissions de rayons X des tuiles métalliques en tungstène qui couvriront l'intérieur du tokamak. Cette information révélera si la chaleur extrême de la machine a délogé les atomes de tungstène des carreaux et les a propulsés dans le plasma. La présence d'atomes de tungstène dans le plasma pourrait indiquer que les composants du tungstène commencent à fondre; la surveillance de la teneur en tungstène est donc cruciale pour éviter d'endommager la machine.
L'autre diagnostic, connu sous le nom de "Compact X-ray Imaging Crystal Spectrometer (cXICS), " est une variante d'un appareil que Hill et le physicien senior Manfred Bitter ont inventé pour l'expérience nationale du torus sphérique (NSTX) de PPPL et le tokamak Alcator C-Mod au Massachusetts Institute of Technology (MIT). L'appareil cXICS créera un , image en coupe bidimensionnelle du plasma montrant la localisation générale des impuretés, y compris l'argon, molybdène, xénon, et tungstène.
« Ce sont deux instruments différents mais complémentaires, " a déclaré Delgado-Aparicio. "Ils fourniront des informations vitales sur les plasmas de WEST, qui peuvent informer les futurs dispositifs de fusion."
La conception et la livraison prévues des deux nouveaux instruments « s'appuient sur une expertise à long terme sur le développement du diagnostic par rayons X au PPPL, " a déclaré Stratton. " Ce laboratoire est connu assez favorablement pour ses recherches en diagnostic par rayons X, et nous voulons continuer ainsi."