PPPL为国际托卡马克提供先进X射线诊断系统
摘要
普林斯顿等离子体物理实验室正在为法国的WEST和日本的JT-60SA两个国际托卡马克项目开发X射线成像晶体光谱仪系统。该系统能精确测量等离子体的温度、速度和杂质水平，为ITER聚变装置研发提供关键数据。该项目展示了美国实验室如何通过国际合作贡献先进诊断技术，推进聚变能源研究。
随着研究人员持续寻求更好地理解聚变装置内部等离子体以充分利用聚变能的方法，普林斯顿等离子体物理实验室正主导一项为两个国际托卡马克项目提供新型X射线成像系统的计划：法国的WEST和日本的JT-60SA——这两者均旨在支持ITER的开发。
PPPL正在为两个托卡马克制造X射线成像晶体光谱仪系统。XICS通过测量等离子体发射的X射线来确定关键信息，包括温度、速度、等离子体粒子的流动方向，以及可能冷却等离子体的粒子密度，这些参数必须被仔细监控以实现最高效率。这些测量对于保持聚变反应稳定至关重要。
据PPPL称，XICS的先进校准系统能够持续提供高精度测量，而类似系统的精度往往容易受到温度变化的影响。
PPPL与麻省理工学院合作，将为WEST增添两个新的XICS系统，WEST在一年多前刚刚创造了托卡马克等离子体持续时间的记录。
WEST是由法国替代能源与原子能委员会与EUROfusion联盟合作运行的磁约束聚变托卡马克。其设计旨在获得与ITER特性相似的等离子体，以加速ITER偏滤器的开发。
它已经拥有一个能够观测等离子体中心的系统，而这两个XICS系统将瞄准等离子体的顶部和底部，为研究人员提供从更多角度、更高精度观察等离子体的视角。
“如果你将等离子体比作人体，如果只观察肚脐，那么你就无法了解头部或脚部的情况，”PPPL先进项目负责人、该项目领导者路易斯·德尔加多-阿帕里西奥说，“现在我们将完善整体图像，从而能够研究整个‘身体’。”
据PPPL称，这两个离轴XICS系统将展示温度、旋转和钨杂质水平如何在整个等离子体中变化——从核心到边缘。
“这对于所有热、动量和杂质输运研究都是至关重要的信息，”麻省理工学院等离子体科学与聚变中心的高级研究科学家约翰·赖斯表示。
PPPL还为世界上最大的运行中托卡马克JT-60SA设计了一套XICS系统，该装置由日本量子科学技术研究开发机构与欧洲聚变能组织合作运行。
JT-60SA的XICS系统将在未来两年内安装和测试，首批数据预计于2026年9月获得。
连接XICS系统与JT-60SA的阀门由日本金属技术公司制造。（照片：路易斯·F·德尔加多-阿帕里西奥/PPPL）
“这个项目将我们在WEST和JT-60SA上获得的经验结合起来，并直接反馈到PPPL更广泛的托卡马克计划中，”PPPL托卡马克实验科学负责人拉杰什·迈吉说，“这是美国实验室如何为国际设施贡献高影响力诊断技术的典范。”
推进美国聚变目标：“这项投资标志着我们在推进美国聚变科学与技术路线图和‘创世纪使命’方面迈出了关键一步，”美国能源部聚变办公室主任让·保罗·阿兰表示，“所产生的高质量数据对于模型验证和确认将具有不可估量的价值，同时也有助于推进我们融合人工智能与聚变数据的努力，通过AI-聚变数字融合平台支持能源部的‘创世纪使命’。”