Текущие эксперименты на нашем сферическом токамаке ST40 позволяют по-новому взглянуть на поведение плазмы благодаря высокоскоростной цветной камере, которая снимает со скоростью 16 000 кадров в секунду.
Что раскрывают цвета
На изображении виден видимый свет, излучаемый краем плазмы, где температура ниже. Ядро плазмы слишком горячее, чтобы излучать видимый свет.
Одной из наиболее узнаваемых особенностей является ярко-розовое свечение, возникающее при впрыскивании дейтерия, которое видно в левом верхнем углу изображения. Чистая водородная плазма или плазма любого из её изотопов — дейтерия или трития — обычно имеет светло-розовый оттенок, поскольку излучает волны как красного, так и синего света.
В правом верхнем углу с помощью недавно установленного устройства для подачи порошковых примесей (Impurity Powder Dropper, IPD) вводятся гранулы лития. Когда эти песчинки попадают в плазму, они начинают излучать малиново-красный свет, когда нейтральный литий возбуждается в более холодных внешних областях.
По мере того как литий проникает всё глубже в более горячую и плотную плазму, атомы теряют электрон и становятся однократно ионизированными атомами лития (Li⁺). После ионизации Li⁺ излучает зеленовато-жёлтый свет и начинает двигаться вдоль силовых линий магнитного поля, которые видны на видео как зеленовато-жёлтые полосы, опоясывающие токамак.
Изображения, полученные с помощью цветной камеры, помогают исследователям отслеживать движение и поведение лития в плазме, а также служат визуальным подтверждением более подробных данных, полученных с помощью спектроскопии, которая анализирует точные длины волн света, излучаемого плазмой.
Почему литий имеет значение
Этот эксперимент является частью продолжающихся исследований режимов X-point radiator (XPR) — перспективного режима работы будущих термоядерных электростанций. Режимы XPR направлены на охлаждение плазмы до того, как она достигнет компонентов, обращённых к плазме (PFC), что помогает снизить износ без ущерба для производительности.
Цветная визуализация оказывается ценным инструментом в таких исследованиях. Как объясняет физик Лора Чжан:
«Цветная камера особенно полезна для подобных экспериментов. Она помогает нам сразу определить, излучают ли газообразные примеси, которые мы вводим, в ожидаемом месте и проникают ли литиевые порошки в ядро плазмы».
Литий также играет ключевую роль в программе модернизации ST40 стоимостью 52 миллиона долларов, известной как LEAPS (Lithium Evaporations to Advance PFCs in ST40), которая реализуется в партнёрстве с Министерством энергетики США (DOE) и Министерством энергетики и нулевых выбросов Великобритании (DESNZ). В рамках программы на все PFC будут нанесены литиевые покрытия методом испарения лития. Эта работа основана на новаторских исследованиях Принстонской лаборатории физики плазмы и других организаций, которые показали, что литиевые PFC могут значительно улучшить характеристики плазмы.
Программа также включает замену углеродных броневых плит на молибденовые — более подходящие для электростанций тугоплавкие металлы — и установку нового оборудования для более точного измерения параметров плазмы.
Добавив литий в ST40, сферический токамак с самым высоким в мире магнитным полем, мы сможем лучше понять эту важнейшую технологию.
Эта работа помогает нам лучше понять поведение плазмы по мере увеличения масштабов термоядерных устройств, вырабатывающих энергию. Добавление цветной визуализации уже позволяет получить ценные сведения о взаимодействии материалов в плазме.
Источник
yaplakal.com