Quando se trata de ventos de plasma em um tokamak, os pesquisadores estão sempre procurando a solução Goldilocks - uma que seja a certa. Ventos muito altos ou muito baixos podem reduzir a eficiência do plasma. Pesquisadores do Centro Nacional de Fusão DIII-D estão usando um novo tipo de imagem para ajudar a fazer o vento se mover na velocidade certa. Os ventos de plasma são mais comumente chamados de fluxos. Os pesquisadores estão usando imagens de coerência para entender melhor as velocidades dos íons no fluxo. Os resultados ajudarão a projetar soluções de escapamento eficazes. Essas soluções irão melhorar o desempenho do plasma de fusão e aumentar a eficiência.

Fluxos com velocidades acima de 40 quilômetros / segundo podem transportar calor e partículas por longas distâncias no plasma de limite de um tokamak de fusão. Quando esses fluxos estão viajando muito rápido, ou se eles ficarem estagnados, eles podem prejudicar o desempenho do plasma, permitindo o acúmulo de impurezas. A caracterização de fluxos de impurezas e íons principais com imagens de coerência oferece mais detalhes espaciais do que os métodos anteriores. Ele permite a comparação detalhada do modelo / experimento necessária para melhorar os modelos. Além de maiores detalhes espaciais, os conjuntos de dados de imagem oferecem insights sobre plasmas extremamente quentes e de alto desempenho. Os cientistas podem usar os conjuntos de dados para investigar fluxos complexos em 3D.

A imagem de coerência mede a emissão desviada para o vermelho e o azul dos íons que irradiam no espectro visível, combinando um interferômetro com uma câmera rápida. As imagens resultantes são usadas para calcular a velocidade em todo o campo de visão da câmera. Os conjuntos de dados resultantes comparam a modelagem de fluido sofisticada do divertor de plasma do tokamak.

Neste estudo, os pesquisadores compararam as velocidades do íon hélio 2-D nas regiões de raspagem e divertor do tokamak DIII-D com simulações de modelagem de fluidos de última geração usando um código sofisticado. A velocidade dos íons de hélio com carga única viajando ao longo das linhas do campo magnético foi bem prevista pelo modelo na região próxima à placa do divertor, onde He + é o íon dominante, e a física eletrônica domina o equilíbrio do momento. Mais a montante, onde o hélio duplamente carregado (He2 +) é a principal espécie de íon e a física do íon se torna mais importante, a modelagem de fluidos subestima a velocidade por um fator de 2 a 3. Esses resultados indicam que é necessário um melhor entendimento para prever o comportamento da população de íons nessas condições desafiadoras e que ainda há muito a ser aprendido sobre o papel dos íons no tokamak divertor.