I ricercatori della General Atomics (GA) hanno inventato un nuovo tipo di telecamera a raggi gamma in grado di riprendere fasci di elettroni energetici all'interno di plasma a fusione ultra-calda.

Il dispositivo è utilizzato nella ricerca globale in corso che sta sviluppando la fusione in una nuova fonte di energia pulita. Trasformare il combustibile da fusione in energia estraibile richiede che sia più caldo del centro del sole, quindi allo stato plasmatico. Se la fase di spegnimento del funzionamento non è ben controllata, l'energia magnetica rilasciata può portare una popolazione di elettroni a velocità relativistiche. Se questa popolazione non è controllata, gli elettroni urtano le pareti interne della camera del plasma, portando a danni materiali.

Un team di ricercatori sta lavorando per comprendere meglio le proprietà di questi elettroni presso il DIII-D National Fusion Facility gestito da GA a San Diego per il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Hanno progettato e costruito un Gamma Ray Imager per catturare l'immagine di queste particelle.

Il Gamma Ray Imager funziona secondo il principio di una fotocamera pinhole standard (Figura 1), tranne che è fatto di piombo e pesa 420 libbre (190,5 chilogrammi). L'imager registra effettivamente immagini di raggi gamma ugualmente energetici emessi dagli elettroni, e il piombo è necessario per ottenere una buona messa a fuoco (Figura 2). Queste misurazioni dei raggi gamma forniscono informazioni sull'energia, direzione, e quantità di elettroni nella popolazione relativistica, offrendo ai ricercatori una visione senza precedenti di come gli elettroni energetici evolvono e interagiscono con il plasma di fusione.

"Questo sistema ci consente di vedere con dettagli senza precedenti come le diverse proprietà del plasma possono mitigare questi elettroni, " ha detto il dottor Carlos Paz-Soldan, lo scienziato che ha condotto i primi esperimenti utilizzando la nuova fotocamera. I risultati, da presentare alla conferenza dell'American Physical Society Division of Plasma Physics 31 ottobre-nov. 4, dimostrare sperimentalmente che le forze di "reazione" della radiazione sono in grado di indebolire gli elettroni a più alta energia mentre le collisioni con altri elettroni sono più efficaci a bassa energia (Figura 3).

Queste misurazioni implicano che il controllo energetico degli elettroni non è valido per tutti, e che energie diverse richiedono strategie di controllo diverse.

Con le nuove misure, gli scienziati possono confrontare il comportamento delle popolazioni di elettroni con i modelli teorici sviluppati dai gruppi di ricerca di tutto il mondo. Questi modelli sono, a sua volta, cruciale per prevedere come si comporteranno le popolazioni di elettroni nei nuovi reattori, come il tokamak ITER in costruzione a Cadarache, Francia, e quindi garantire che possano essere adeguatamente controllati.