Ένα «υπερφασματόμετρο» για να δαμάσει τον Τεχνητό Ήλιο της Ευρώπης

Ο ITER, ο μεγαλύτερος αντιδραστήρας σύντηξης που κατασκευάστηκε ποτέ, ετοιμάζεται να αποκτήσει ένα νέο, καθοριστικής σημασίας όργανο: το HRNS, ένα υπερσύγχρονο φασματόμετρο υψηλής ανάλυσης. Σχεδιασμένο για να μετρά την ποσότητα και την ενέργεια των νετρονίων που παράγονται στον πυρήνα του πλάσματος, το όργανο αυτό θεωρείται κρίσιμο για τον έλεγχο και τη βελτιστοποίηση των μελλοντικών αντιδράσεων σύντηξης.

Ο βασικός ρόλος του HRNS θα είναι να προσδιορίζει τη σχέση ανάμεσα στο τρίτιο και το δευτέριο, τα δύο ισότοπα του υδρογόνου που τροφοδοτούν τη σύντηξη. Η ακριβής γνώση της αναλογίας τους αποτελεί προϋπόθεση για τη μέγιστη απόδοση της διαδικασίας: από τη σωστή καύση του «καυσίμου» μέχρι τον έλεγχο της θερμοκρασίας των ιόντων και, τελικά, τη διασφάλιση σταθερής και ασφαλούς λειτουργίας. Όπως τόνισε ο Jan Dankowski από το Institute of Nuclear Physics της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών, χωρίς τέτοιες μετρήσεις η έρευνα στη σύντηξη θα στερούνταν ένα από τα σημαντικότερα εργαλεία της.

Η τεχνολογία του ITER βασίζεται στον σχεδιασμό tokamak, έναν θάλαμο σε σχήμα δακτυλίου όπου το πλάσμα θερμαίνεται σε ακραίες θερμοκρασίες που αγγίζουν τα 150 εκατομμύρια Kelvin. Σε αυτές τις συνθήκες, κανένα υλικό δεν μπορεί να συγκρατήσει το πλάσμα, γι’ αυτό και περιορίζεται από πανίσχυρα μαγνητικά πεδία. Τα νετρόνια που παράγονται κατά τη σύντηξη, επειδή δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, ξεφεύγουν από τα μαγνητικά δεσμά, χτυπούν τα τοιχώματα του θαλάμου και μεταφέρουν το μεγαλύτερο μέρος της παραγόμενης ενέργειας. Παράλληλα, ενεργοποιούν αντιδράσεις που επιτρέπουν τη δημιουργία νέου τριτίου. Η ανάλυση αυτών των νετρονίων προσφέρει ανεκτίμητες πληροφορίες για την εξέλιξη της αντίδρασης.

Για να ανταπεξέλθει στις ακραίες συνθήκες του ITER, το HRNS σχεδιάστηκε ως ένα σύνολο τεσσάρων ανεξάρτητων υποσυστημάτων, καθένα από τα οποία μετρά διαφορετικά εύρη έντασης της ροής νετρονίων.

• Το πρώτο, γνωστό ως TPR (Thin-foil Proton Recoil), χρησιμοποιεί ένα λεπτό φιλμ πολυαιθυλενίου. Τα νετρόνια το χτυπούν, δημιουργώντας πρωτόνια που στη συνέχεια ανιχνεύονται από περίπου εκατό αισθητήρες πυριτίου.
• Το δεύτερο, NDD (Neutron Diamond Detector), βασίζεται σε περισσότερους από δώδεκα ανιχνευτές διαμαντιού, οι οποίοι είναι ιδιαίτερα ανθεκτικοί σε ακραίες συνθήκες.
• Τα δύο τελευταία, FTOF και BTOF (Forward και Backward Time-of-Flight), μετρούν την ενέργεια των νετρονίων υπολογίζοντας τον χρόνο που χρειάζονται για να διανύσουν συγκεκριμένες αποστάσεις. Το πρώτο καταγράφει τα σωματίδια που συνεχίζουν ευθεία, ενώ το δεύτερο εκείνα που διασκορπίζονται σε μεγάλες γωνίες.

Αυτή η πολυεπίπεδη προσέγγιση εξασφαλίζει ακρίβεια και αξιοπιστία, ακόμη και σε ροές νετρονίων που φτάνουν τα εκατοντάδες εκατομμύρια σωματίδια ανά τετραγωνικό εκατοστό το δευτερόλεπτο.

Με την εγκατάσταση και την έναρξη λειτουργίας του HRNS, ο ITER θα διαθέτει ένα από τα πιο εξελιγμένα διαγνωστικά εργαλεία που έχουν ποτέ αναπτυχθεί για την πυρηνική σύντηξη. Η ικανότητά του να παρακολουθεί σε πραγματικό χρόνο τις παραμέτρους της αντίδρασης υπόσχεται όχι μόνο να ενισχύσει την ερευνητική γνώση αλλά και να ανοίξει τον δρόμο για μελλοντική εμπορική εκμετάλλευση της σύντηξης.

[via]