Calibration of He-beam diagnostics / Kalibrieren der Heliumstrahl-Diagnostik

What's glowing blue and red here?

These days, scientists from the University of Seville are calibrating the helium beam diagnostics normally used in our ASDEX Upgrade tokamak experiment. In this video, it is in a special vacuum chamber for calibration. For this purpose, various gases are injected into a glow discharge plasma to measure the distribution of atoms.What we see here:

1. the vacuum chamber with the valve of the diagnostic (below) in normal illumination.
2. switching off the lighting. It becomes dark.
3. the glow anode in the vacuum chamber generates a plasma from the argon gas in it that glows blue.
4. nitrogen shoots in through the valve for a fraction of a second.
5. the nitrogen distributes itself in the chamber and, excited by the argon plasma, glows red for a short time before the blue plasma glow returns.
6. the process repeats itself.
7. the injection of nitrogen in slow motion, recorded with a high-speed camera (150.000 frames per second) shows the internal dynamics and ionisation of the injected gas.

Helium beam diagnostics are used to determine the fluctuation of electron density and electron temperature in the plasma. To do this, a spectrometer analyses the red glow after the nitrogen injection.

And what do we need helium beam diagnostics for in fusion experiments?
It is used to study turbulence in the edge region of plasmas. It is one of the most important fields of research in the development of nuclear fusion power plants. This is because the dosed use of turbulence allows heat and impurities to be dissipated in a controlled manner.

Thanks to Kiera Anne McKay, Alfonso Rodriguez Gonzalez, Diego José Cruz Zabala, Universidad de Sevilla.

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Was leuchtet denn hier blau und rot?

In diesen Tagen kalibrieren Wissenschaftler:innen von der Universität Sevilla die Heliumstrahl-Diagnostik, die normalerweise in unserem Tokamak-Experiment ASDEX Upgrade eingesetzt wird. In diesem Video befindet sie sich zur Kalibrierung in einer speziellen Vakuumkammer. Hierzu werden verschiedene Gase in ein Glimmentladungsplasma eingeblasen, um die Verteilung der Atome zu messen. Was wir hier sehen:

1. Die Vakuumkammer mit dem Ventil der Diagnostik (unten) bei normaler Beleuchtung.
2. Abschalten der Beleuchtung. Es wird dunkel.
3. Die Glimmanode in der Vakuumkammer erzeugt aus dem darin befindlichen Argon-Gas ein Plasma, das blau leuchtet.
4. Für einen Sekundenbruchteil schießt Stickstoff durch das Ventil ein.
5. Der Stickstoff verteilt sich in der Kammer und leuchtet, angeregt durch das Argon-Plasma, kurzzeitig rot, bevor das blaue Plasmaleuchten zurückkehrt.
6. Der Vorgang wiederholt sich.
7. Das Einschießen des Stickstoffs in Zeitlupe, aufgenommen mit einer Highspeed-Kamera (150.000 Bilder pro Sekunde) zeigt die interne Dynamik und Ionisation des eingeblasenen Gases.

Die Heliumstrahl-Diagnostik dient dazu, die Fluktuation von Elektronen-Dichte und Elektronen-Temperatur im Plasma zu bestimmen. Ein Spektrometer analysiert dazu das rote Leuchten nach dem Stickstoff-Einschuss.

Und wofür brauchen wir die Heliumstrahl-Diagnostik in Fusionsexperimenten?
Sie dient zur Untersuchung von Turbulenz in der Randschicht von Plasmen. Es handelt sich um eines der wichtigsten Forschungsfelder bei der Entwicklung von Kernfusionskraftwerken. Denn durch dosierten Einsatz von Turbulenz lassen sich Wärme und Verunreinigungen kontrolliert ableiten.

Danke an Kiera Anne McKay, Alfonso Rodriguez Gonzalez, Diego José Cruz Zabala, Universidad de Sevilla.

Видео Calibration of He-beam diagnostics / Kalibrieren der Heliumstrahl-Diagnostik канала Max-Planck-Institut für Plasmaphysik