¿Cómo miden los científicos la temperatura dentro de un reactor de fusión?

Medir la temperatura de una cosa que es diez veces más caliente que el Sol presenta algunos desafíos: no puede simplemente insertar un termómetro convencional. Simplemente se derretiría en poco tiempo. Las cosas se complican aún más porque los iones supercalentados se transforman en partículas cargadas muy diferentes.

A pesar de estos desafíos, los físicos de plasma han desarrollado múltiples métodos para deducir esas altas temperaturas astronómicas:

  1. Método de perfil de temperatura de electrones

Esto se basa en el efecto de que los campos magnéticos tienen efecto sobre las partículas cargadas. Debido a que están cargados, los electrones se ven obligados a girar en espiral a lo largo de las líneas del campo magnético, lo que crea microondas llamadas emisión de ciclotrón. Cuanto más calientes, y por lo tanto más rápidos, son los electrones, más intensas son las microondas que emiten.

Las microondas también producen un perfil de la temperatura del electrón, debido al campo magnético variado en el recipiente: cuanto más fuerte es el campo, mayor es la frecuencia en espiral. Un escaneo de intensidad contra frecuencia nos dice la temperatura para cada intensidad de campo magnético. La combinación de esto con un mapa espacial de la intensidad del campo magnético nos da un perfil de la temperatura del electrón.

2. Trampa de velocidad con láser

Esto es similar a una cámara de velocidad policial para medir la velocidad de las partículas, excepto que usa luz láser (LIDAR) en lugar de ondas de radio. La luz del láser es dispersada por los electrones en un proceso conocido como dispersión de Thomson; Si los electrones se mueven, la luz dispersa se desplazará Doppler. Estamos más familiarizados con los cambios de sonido Doppler: el sonido de los autos que pasan tiene un tono ligeramente más alto a medida que avanzan hacia nosotros que cuando se alejan. Del mismo modo, si la luz es dispersada por los electrones en movimiento, su frecuencia (color) se desplazará Doppler a frecuencias más altas para los electrones que se mueven hacia el detector y a frecuencias más bajas para aquellos que se alejan. Cuanto más rápido se mueve el electrón, mayor es el cambio de frecuencia.

El efecto acumulativo de los muchos electrones en el plasma, algunos moviéndose hacia el detector y otros alejándose, es que la banda de frecuencia estrecha original de la luz láser se amplía. El grado de ampliación nos dice la velocidad de los electrones y, por lo tanto, su temperatura.

3. Ojos de rayos X: impurezas de tungsteno

Esto es para medir la temperatura de los iones en base a impurezas, y recientemente se ha encargado en JET. El tungsteno se cae inevitablemente de las nuevas baldosas en la pared y contamina el plasma en pequeñas cantidades. A diferencia de los átomos de luz, el tungsteno caliente generalmente retiene aproximadamente la mitad de sus 74 electrones incluso en el calor extremo del núcleo del plasma, por lo que no se vuelve invisible: estos electrones saltan entre las capas de electrones y emiten rayos X. La ampliación Doppler de este espectro de rayos X causado por el movimiento de los iones permite calcular la temperatura. Las mediciones también brindan información vital sobre cómo se comporta la energía en el plasma en diferentes circunstancias, incluida la forma en que los electrones e iones interactúan entre sí.

PD : De lo contrario, para la medición de alta temperatura en la vida diaria, o eventos que al menos controlan a los humanos, voluntariamente (~ 5000K), utilizamos pirómetros de tipo remoto (basados ​​en la emisividad de la radiación). Tales como en alto horno o horno de arco.

Referencias

  • Joint European Torus (JET). El experimento de energía de fusión más grande del mundo.
  • JET | EUROfusion y Home – EIROforum
  • En resumen, ver: un termómetro que alcanza los 200 millones de grados