Podstawowe informacje o zanieczyszczeniach uzyskuje się, badając liniową emisję domieszek. Rozwiązanie większości problemów w zakresie zanieczyszczeń w decydującym stopniu zależy od znajomości dynamiki emisji domieszek w czasie i przestrzeni (w przekroju sznura plazmy). Prowadzi to do zrozumienia wpływu zanieczyszczeń na utrzymanie plazmy i scenariusze wyładowania. Wiedza ta powinna umożliwić lepszą ocenę stanu plazmy i optymalizację parametrów wyładowania dla przyszłych reaktorów fuzyjnych.
Stosowana w tym celu spektroskopia rentgenowska jest uznanym, skutecznym i potężnym narzędziem w diagnostyce plazmy. Pomiar takiego promieniowania (w obszarze 0.1-20 keV) jest standardowym sposobem uzyskiwania cennych informacji na temat transportu cząstek, konfiguracji magnetycznej i zjawisk MHD (ang. MagnetoHydroDynamics). Prowadzone w Laboratorium prace mają na celu rozwój opracowanej technologii obrazowania plazmowego w obszarze miękkiego promieniowania rentgenowskiego SXR (ang. Soft X-Ray), przeznaczonej do monitorowania promieniowania zanieczyszczeń z plazmy dla przyszłych urządzeń fuzyjnych.
W Laboratorium prowadzone są również prace nad rozwojem urządzeń diagnostycznych przeznaczonych do badań zanieczyszczeń plazmydla stellaratora Wendelstein 7-X (Greifswald, Niemcy). Jednym z systemów opracowanych dla stellaratora Wendelstein 7-X do badań zanieczyszczeń plazmy w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletu (soft X-ray/XUV) jest układ wykorzystujący analizę amplitudową impulsów z chłodzonych detektorów półprzewodnikowych pracujących w reżimie zliczania kwantów (ang. Pulse Height Analyser - PHA). Celem tej diagnostyki jest pomiar zanieczyszczeń plazmy w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego o energiach 0.1–20 keV. Urządzenie rozpoczęło pracę na stellaratorze W7-X w 2016 roku, podczas pierwszej kampanii eksperymentalnej OP1.1.
System diagnostyczny PHA na stellaratorze W7-X
Kolejnym rozwijanym w IFPiLM urządzeniem diagnostycznym jest spektrometr C/O Monitor, przeznaczony do pomiaru lekkich zanieczyszczeń plazmy - boru, węgla, azotu oraz tlenu. Diagnostyka dostarcza informacji dotyczących ewolucji czasowej wybranych linii spektralnych, a pomiary realizowane są w zakresie promieniowania XUV. Układ został uruchomiony podczas kampanii eksperymentalnej OP 2.1 stellaratora Wendelstein 7-X w 2023 roku. Obecnie uruchomiona i eksploatowana jest pierwsza z dwóch komór próżniowych, przeznaczona do pomiarów emisji wodoropodobnych jonów węgla i tlenu. Rozbudowa układu o pozostałe kanały pomiarowe lekkich domieszek planowana jest w kolejnych etapach rozwoju diagnostyki.
Prace laboratoryjne przy urządzeniu diagnostycznym “C/O Monitor” dla W7-X
W Laboratorium prowadzone są również badania zanieczyszczeń plazmy na stellaratorze LHD w NIFS (Toki, Japonia) (www.nifs.ac.jp/en). W ramach niniejszej działalności naukowcy z IFPiLM czynnie uczestniczą w kampaniach eksperymentalnych w celu zgłębienia wiedzy dotyczącej transportu zanieczyszczeń plazmy zarówno wodorowej, jak i deuterowej. W eksperymentach tych uwaga skupiona jest na badaniu zanieczyszczeń wewnętrznych, jak i wprowadzonych z zewnątrz za pomocą kapsułek TESPEL (Tracer Encapsulated Solid Pellet). Celem opisywanych tu działań jest kontrolowana iniekcja znanej ilości określonych zanieczyszczeń do plazmy, a następnie ich dokładne porównanie w zależności od warunków plazmy m.in. jej gęstości, temperatury, typu grzania (ECRH, NBI) czy odległości depozycji od osi plazmy.
Prace prowadzone są w ramach projektu EUROfusion.
