Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Lyu Bo vom Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat die diagnostische Genauigkeit der Röntgenkristallspektroskopie (XCS) verbessert und eine Reihe von Fusionsreaktor-bezogenen Spektrallinien auf Wolfram untersucht ( W) und Xenon (Xe) am Experimental Advanced Supraconducting Tokamak (EAST).
Rotationsgeschwindigkeits- und Ionentemperaturprofile sind für verschiedene Untersuchungen der Plasmaphysik von grundlegender Bedeutung. Derzeit kann XCS auf EAST lokale Radialprofile der oben genannten Parameter liefern, indem Argon (Ar)-Spektren mit einer neu entwickelten Inversionstechnik analysiert werden. Mit steigenden Plasmaparametern werden Ar-Spektren jedoch in Zukunft für diagnostische Zwecke nicht mehr ausreichen.
Die Forscher führten umfangreiche Untersuchungen zu den W-Verunreinigungsspektren auf Basis von XCS durch, was die Messung der Rotationsgeschwindigkeit des Kernplasmas und der Ionentemperatur für Fusionsreaktoren ermöglicht. Durch die Optimierung des Wellenlängenbeobachtungsbereichs des Diagnosesystems, die Entwicklung einer Umkehrmethode für das W-Verunreinigungsstrahlungsprofil und den Einsatz von In-situ-Intensitätskalibrierungstechniken erhielten die Forscher mehrere Spektrallinien im Zusammenhang mit W-Verunreinigungen.
Darüber hinaus besteht eine der größten physikalischen und technischen Herausforderungen, vor denen die Fusionsforschung derzeit steht, darin, die W-Verunreinigungskonzentration innerhalb eines akzeptablen Bereichs zu kontrollieren. In der EAST-Anlage wurden physikalische Experimente zur Kontrolle der W-Verunreinigung durchgeführt. Die obige Methode ermöglichte die direkte Beobachtung der mildernden Wirkung der Hochfrequenz-Kernerwärmung auf die Ansammlung von Verunreinigungen.
Darüber hinaus wurde eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, um die Hochparameter-Plasmaionentemperatur und Rotationsgeschwindigkeit durch Analyse der Xe-Spektralprofile zu messen. Zunächst wurde die Machbarkeit durch das Atomphysik-Simulationsprogramm bestätigt. Anschließend wurden im EAST-Physikexperiment erstmals Xe-Spektrallinien gemessen, die mit theoretischen Vorhersagen übereinstimmten, was die Bestimmung der Ionentemperatur und anderer Ionisierungsparameter durch die Analyse der Xe-Verunreinigungsspektrallinien ermöglichte.
Diese Studien wurden in Fachzeitschriften veröffentlicht Plasmawissenschaft und -technologie, Physik der Plasmen, KernfusionUnd Überprüfung wissenschaftlicher Instrumente.
Insgesamt trägt diese Arbeit zum Fortschritt der Plasmaphysikforschung bei, verbessert die XCS-Diagnosefunktionen auf EAST und liefert wertvolle Einblicke in die XCS-Diagnose von Plasma in Fusionsreaktorszenarien.
Mehr Informationen:
Zichao Lin et al., Inversionstechniken zum Erhalten lokaler Rotationsgeschwindigkeits- und Ionentemperaturprofile für das Röntgenkristallspektrometer auf EAST, Plasmawissenschaft und -technologie (2023). DOI: 10.1088/2058-6272/acc503
ZC Lin et al., Vorläufige Beobachtung der Unterdrückung von Wolframverunreinigungen mithilfe von ECRH auf der Achse durch Röntgenkristallspektroskopie in EAST, Physik der Plasmen (2023). DOI: 10.1063/5.0131596
Dian Lu et al., Beobachtungen von Xenonspektren auf dem EAST-Röntgenkristallspektrometer für die Hochtemperatur-Plasmadiagnostik, Kernfusion (2023). DOI: 10.1088/1741-4326/acbdae
Dian Lu et al., Entwurfsüberlegungen zu einem Röntgenkristallspektrometer für den China Fusion Engineering Test Reactor, Überprüfung wissenschaftlicher Instrumente (2021). DOI: 10.1063/5.0040527
Liang He et al., Messung von Wolframverunreinigungsspektren mit einem Zweikristall-Röntgenkristallspektrometer auf EAST, Plasmawissenschaft und -technologie (2020). DOI: 10.1088/2058-6272/ab84ee