В магнитных ловушках термоядерных установок-токамаков плазма нагревается до десятков миллионов градусов, как в сердцах звезд. Можно ли делать фотографии при такой высокой температуре? Оказывается, это возможно.
Исследовательская компания Tokamak Energy представила первые высокоскоростные цветные изображения плазмы внутри термоядерной энергетической установки, что позволяет наблюдать процессы, происходящие в Солнце и других звездах. Текущие эксперименты на сферическом токамаке ST40 открывают новые горизонты в понимании поведения плазмы благодаря высокоскоростной цветной камере, работающей со скоростью 16 000 кадров в секунду. Эта камера позволяет ученым визуально отслеживать взаимодействие материалов в плазме, температура которой достигает десятков миллионов градусов.
На кадрах ясно видно процесс «заправки» плазмы и ее управления. Ярко-розовое свечение наблюдается при впрыске газообразного дейтерия, который служит топливом для термоядерной реакции. В ходе другого эксперимента исследователи отметили, как гранулы лития размером с песчинку проникают в плазму, отделяясь от внутренней обшивки. Попадая в более холодные внешние области, литиевые гранулы сначала излучают малиново-красный свет. По мере их погружения в более горячее и плотное ядро, атомы лития ионизируются (Li⁺) и начинают ярко светиться зеленовато-желтым цветом. Затем можно увидеть, как эти зеленоватые полосы совпадают с линиями магнитного поля, ограничивающего плазму, и показывают ее путь внутри токамака.
Эти эксперименты являются частью программы модернизации ST40, самого мощного в мире сферического токамака, стоимостью 52 миллиона долларов. Программа, известная как LEAPS (Lithium Evaporations to Advance Plasma-Facing Components in ST40), осуществляется в сотрудничестве с Министерством энергетики США и Министерством энергетической безопасности Великобритании.
Основная цель модернизации заключается в нанесении литиевых покрытий на все элементы, соприкасающиеся с плазмой (PFC). Доказано, что этот метод, впервые разработанный Принстонской лабораторией физики плазмы, значительно улучшает характеристики процесса.
Программа также включает замену углеродных покрытий на молибден – более подходящий для энергетических установок тугоплавкий металл, а также внедрение новых диагностических систем для более точного измерения параметров плазмы.
Новая камера зарекомендовала себя как важный инструмент для диагностики. Снимки помогают исследователям визуально подтвердить данные, полученные с помощью спектроскопии (анализа длин волн света).
Цветная камера особенно полезна для подобных экспериментов. Она позволяет нам сразу определить, излучают ли газовые примеси, которые мы вводим, в ожидаемом месте и проникают ли порошки лития в ядро плазмы.
Фото: hi-tech.mail.ru