PLASMA KOJI SE PRVI PUT VIDI U PUNOJ BOJI
Naučnici su dobili dosad neuobičajen pogled na ponašanje fuzijske plazme. Oni su je snimili kamerom u boji pri brzini od 16.000 frejmova u sekundi u eksperimentalnom sfernom tokamaku ST40 kompanije Tokamak Energy. Snimci otkrivaju kako se plazma kovitla unutar uređaja. Čestice litijuma ubacuju se u njenu spoljašnju oblast i menjaju boju u zavisnosti od toga šta im se događa. Brze kamere već dugo su deo istraživanja fuzije. Međutim, mogućnost da se ovakvi procesi prate istovremeno velikom brzinom i u punoj boji pruža istraživačima dodatni su način za proučavanje kretanja materije u plazmi.
Važno je, međutim, da ono što se vidi na snimku nije direktna slika najvrelog dela plazme. Jezgro dostiže ekstremne temperature i ne emituje vidljivu svetlost koju bi kamera mogla da zabeleži. Tako se na snimku uglavnom vidi relativno hladniji rub plazme. Ružičasti sjaj povezan je sa deuterijumom, dok se litijum najpre pojavljuje crvenom bojom, a nakon jonizacije prelazi u karakteristične zeleno-žute tragove. Na taj način kamera omogućava da se prati kako se litijum kreće kroz plazmu i prati linije magnetskog polja koje je zadržavaju unutar reaktora.
BOJE OTKRIVAJU KRETANJE ČESTICA
Posebna vrednost snimka nije samo u tome što fuzijska plazma izgleda spektakularno, već u količini informacija koju boja može da pruži. Kada neutralni atomi litijuma uđu u topliju oblast, gube elektron i postaju pozitivno naelektrisani joni. Njihovo karakteristično zeleno-žuto zračenje tada omogućava istraživačima da vizuelno prate njihovo kretanje kroz magnetno polje. Snimci se pritom mogu kombinovati sa spektroskopijom. Ona precizno analizira talasne dužine emitovane svetlosti.
Brzina od 16.000 frejmova u sekundi posebno je značajna zato što prethodni eksperimenti nisu mogli da zabeleže sve promene dovoljno brzo. Na ruskom tokamaku T-11M, na primer, korišćena je kamera u boji koja je radila pri 1.000 frejmova u sekundi. Istraživači su procenili da bi za praćenje razvoja pojedinih struktura litijuma bilo potrebno više od 10.000 frejmova u sekundi. ST40 tako omogućava detaljnije praćenje kratkotrajnih procesa koji bi pri manjoj brzini snimanja ostali praktično nevidljivi.
CILJ JE KONTROLA EKSTREMNE TOPLOTE
Eksperiment je deo istraživanja takozvanog X-point radiatora (XPR), režima rada koji bi u budućim fuzijskim elektranama mogao da pomogne u rešavanju jednog od velikih inženjerskih problema. To je odvođenju ogromne količine toplote iz plazme. Ideja je da se deo energije zračenjem ukloni u oblasti blizu ivice plazme, pre nego što toplota stigne do divertora, komponenti koje moraju da izdrže ekstremna opterećenja. Ako bi se toplota uspešno preusmerila i rasporedila, jezgro bi moglo da ostane dovoljno vrelo za fuziju. Opterećenje materijala na samoj ivici bi se smanjilo.
ST40 je pritom već dostigao temperature jona veće od 100 miliona stepeni Celzijusa. To je područje relevantno za razvoj komercijalne fuzijske energije, a u njegovom razvoju sarađuju i istraživači američke laboratorije Princeton Plasma Physics Laboratory. PPPL navodi da je ST40 jedan od eksperimentalnih tokamaka koji služe za rešavanje problema poput nestabilnosti plazme, zadržavanja toplote i zaštite komponenti reaktora. Nova snimanja zato nisu samo vizuelni eksperiment. Ona daju dodatni dijagnostički alat za razumevanje onoga što se događa na granici plazme. To je oblast koja bi mogla biti ključna za buduće fuzijske elektrane.