Благодарение на този проект е изработен Анализатор на забавящото поле (АЗП), който е инсталиран в дивертора на токамак WEST. Чрез него може да се измери температурата на йоните в дивертора на токамака.
Когато йоните удрят дивертора, причиняват разпрашване (sputtering), което води до увреждане на материала, използван за предпазване на вакуумната камера. Важно е да се знае с каква енергия йоните взаимодействат с дивертора, за да се разберат механизмите на разпрашване. Този въпрос е изключително важен за дълготрайността на диверторите в бъдещите термоядрени реактори.
Сондите на Лангмюр също много широко се използват за определяне параметрите на плазмата, като основно могат да измерват само електронната температура и потокa от йони. От друга страна, при тълкуването на резултатите от сондите, йонната температура е необходимо да се знае, за да се определят коректно топлинния поток и електронната концентрация. Обикновено се приема, че в дивертора йонната температура е равна на електронната. Въпреки, че няма убедителна обосновка за това допускане, поради липса на данни за йонната температура, е удобно да се направи такова предположение.
Първо трябва да разберем как работи сондата на Лангмюр. Сондата представлява тънък проводник поместен в плазмата. Когато се подаде отрицателно напрежение, се отблъскват електроните и се измерва йонният ток. Но когато се приложи положително напрежение, електроните доминират сигнала – йонната информация се изгубва, защото електронният ток нараства експоненциално.
При отрицателно напрежение: сондата измерва йонния поток.
При положително напрежение: електроните доминират сигнала.
Принцип на работа на Анализатора на забавящо поле:
За да се получи информация за енергията на йоните, трябва да се отблъснат електроните и да се „съберат“ само йоните за анализ. За целта се използват:
- Плочка с процеп с отрицателен потенциал, за да се отблъснат повечето електрони.
- Решетка 1, напрежението на която се променя от 0 до положителни стойности, за да се разделят йоните по енергия
- Решетка 2 с отрицателно напрежение, по-ниско от всички други, за да отблъсне вторични електрони, които
могат да изкривят измерването.
- Колектор, представляващ заземен електрод, който отчита йонния ток. От този сигнал може да се определи функцията на разпределение на йоните по енергии.
Тук са показани някои от вътрешните елементи на АЗП. Има поредица от метални пластинки разделени с изолиращ материал. Мрежичката има отвори с диаметър 30 µm и процепи рязани прецизно с помощта на лазер.
Име: Ivastech Ltd
Ръководител: Алексей Стратев
Email: smtstencil@ivastech.com /
contactus@ivastech.com
Уебсайт: www.ivastech.com
Когато се прави измерване, АЗП се показва няколко милиметра над повърхността на дивертора.
АЗП е инсталиран в специална област в дивертора, където има място да стои по врeме на разрядите защитен от диверторните плочи. Когато се прави измерване се показва над тази повърхност, а след това отново се прибира.
Под дивертора, с налично пространство от 16 mm, са инсталирани плоски намотки, които се въртят при подаване на напрежение благодарение на магнитното поле на токамака. Благодарение на това движение, сондата или АЗП се издигат над повърхността на дивертора и правят измервания на плазмата в тази област. Снимка на системата „mousetrap“ преди инсталиране в долния дивертор на WEST с време на експозиция <100 ms, за да се избегне прегряване. По време на измерване сондата е в контакт с плазмата за кратко време, след което отново се прибира навътре, в дивертора.
От осреднения ток на колектора по време на измерването с АЗП се получава ФРЙЕ. С увеличаване на напрежението на решетката-дискриминатор, йонният ток към колектора на АЗП намалява, защото решетката отблъсква йоните в зависимост от тяхната енергия. Това е пример от измерената ФРЙЕ. Йонната температура се определя от наклона на тази крива и в този случай е Tᵢ = 52 eV в омичната фаза на разряд с ниска плътност.
„Чупката“, около 15 волта, отговаря на потенциала на плазмата. От сравнението на тези данни със сондови измервания, се вижда, че за тази стойност има много добро съгласие.
От първите резулатати се вижда, че разликата между Те и Тi e 3-5 пъти. От радиалните измерваниа, когато пламата е придвижвана към АЗП се определи, че това съотношение между температурите се променя и е по-високо близо до външната контактна точка. Освен това, съотношението зависи от концентрацията на електроните в основната плазма и чистотата на газа.
Новият АЗП инсталиран в долния дивертор на токамак WEST започна да работи по време на последните разряди от кампанията C10, през декември 2024 г. В началото на 2025 г. бяха проведени много измервания за определяне температурата на йоните в дивертора, като има измерени и радиални профили. Благодарение на изработката на АЗП и инсталирането му на токамак, се задълбочи ползотворното сътрудничество между CEA/IRFM и Института по електроника към БАН. Работата продължава с използването на АЗП и в следващата експериментална кампания в края на годината при различни експериментални условия.
