Gelokaliseerde stromen meten in een heet gemagnetiseerd plasma (DIFFER)
Hoogtepunt 2013 DIFFER: Nr. MBD - Mission budget DIFFER
In een gemagnetiseerd fusieplasma (een heet, geladen gas) is het moeilijk de lokale stroomdichtheid te meten. Deze dichtheid speelt echter een belangrijke rol in de stabiliteit van het plasma. Afhankelijk van de manier waarop de stroomdichtheid in het plasma is verdeeld, kunnen instabiliteiten ontstaan. Deze kunnen onder andere leiden tot kortstondige uitschieters in het plasma, in de vorm van zogenaamde Edge Localized Modes (ELMs).
Om de globale stroomdichtheidsverdeling in een plasma te meten, hebben wetenschappers diverse diagnostische technieken ontwikkeld. Voor het meten van een lokale stroomdichtheid is echter nog geen goede oplossing. DIFFER heeft daarom, in nauwe samenwerking met het Russische Ioffe Instituut en het Duitse Max-Planck Instituut, een krachtig meetsysteem ontwikkeld voor de Duitse tokamak ASDEX Upgrade.
Thomson voor lokale stroomdichtheid
Het systeem is gebaseerd op thomsonverstrooiing, het proces waarbij een geladen deeltje elektromagnetische straling verstrooit. Normaal gesproken gebruiken onderzoekers thomsonverstrooiing om de elektronendichtheid en –temperatuur te meten (uit respectievelijk de intensiteit en de breedte van het verstrooiingsspectrum). Door een systeem te maken met een zeer hoog effectief laservermogen, kunnen de onderzoekers de thomsonverstrooiingsdiagnostiek nu ook gebruiken om de lokale stroomdichtheid in het plasma te bepalen. Ze kijken daarvoor naar de golflengteverschuiving van het hele spectrum. De onderzoekers verwachten de kleine verschuiving van circa twee nanometer ondanks de grote breedte van het spectrum (200 tot 300 nanometer) te kunnen bepalen met een nauwkeurigheid van tien procent.
Hoog laservermogen
Het nieuwe systeem bereikt het hoge effectieve laservermogen door het plasma op te nemen in de trilholte van de laser. De laserpuls beweegt circa twintig maal op en neer door het plasma. Omdat de spectrometer geen onderscheid kan maken tussen de individuele laserpulsen, ziet hij effectief één (lange) laserpuls met hoog vermogen. Het licht wordt vervolgens teruggeleid naar het kristal van de robijnlaser, waar het weer in sterkte toeneemt. Op deze manier produceert het systeem binnen de flitsbuisperiode van 10 milliseconden een trein van pulsen, waarbij elke puls een energie van 15 joules bevat.