Het laboratorium voor Plasmafysica van de Koninklijke Militaire School (LPP-ERM/KMS) is gespecialiseerd in het verwarmen van fusiemachines met “Ion Cyclotron Resonance Heating (ICRH)”. Deze techniek bestaat erin om met krachtige elektromagnetische golven (frequenties tussen 10 en 60 MHz) de temperatuur van het plasma (een medium bestaande uit ionen en elektronen) te verhogen tot 100 miljoen graden. Dit is noodzakelijk om dezelfde condities te realiseren als in het centrum van onze zon. Onlangs heeft het laboratorium de bestaande ICRH verwarmingsscenario's uitgebreid en het nieuwe drie-ionen ICRH-scenario uitgedacht. De hoge efficiëntie van dit nieuwe scenario werd voor het eerst experimenteel aangetoond op de Amerikaanse tokamak Alcator-C Mod van het Plasma Science and Fusion Center van het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Deze eerste experimentele resultaten werden nadien bevestigd en aanzienlijk uitgebreid op de Europese tokamaks JET en ASDEX Upgrade. JET is de Joint European Torus in Culham nabij Oxford in het Verenigd Koninkrijk, de grootste tokamak ter wereld. ASDEX Upgrade is een tokamak van het Max-Planck Gesellschaft in Garching, nabij München in Duitsland. Deze successen hebben geleid tot een artikel in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Nature Physics. Voor het innovatieve werk werd in 2018 de Landau-Spitzer Award, een erg gewaardeerde prijs van de American Physical Society, toegekend aan twee collega’s van LPP-ERM/KMS, Yevgen Kazakov en Jef Ongena, en twee collega’s van MIT, John Wright en Steve Wukitch.
In de afgelopen maanden heeft de onderzoeksgroep van het LPP-ERM/KMS, in samenwerking met wetenschappers van meer dan twintig laboratoria over de hele wereld, de recente vooruitgang en verschillende toepassingen van de drie-ionen ICRH-scenario's samengevat in een overzichtsartikel in het Amerikaanse wetenschappelijke tijdschrift "Physics of Plasmas". Vanwege de zeer positieve beoordeling tijdens het publicatieproces heeft de redactie van het tijdschrift het artikel benoemd tot "Featured Paper". Bovendien werd het artikel amper twee weken na zijn officiële publicatie, al meer dan duizendmaal gedownload en is het momenteel één van de meest gelezen artikels van dit prestigieuze tijdschrift.
In het artikel worden de fysische principes van het nieuwe verwarmingsscenario zo didactisch mogelijk uit de doeken gedaan. Essentieel is dit nieuwe scenario een direct gevolg van de toepassing van Maxwell's vergelijkingen in een anisotroop plasma. Het nieuwe verhittingsscenario heeft veelbelovende toepassingen en laat toe om een hele groep “merkwaardige” experimentele observaties uit het verleden te verklaren met eenzelfde, unieke fysisch principe.
Het succes van dit artikel in de wereldwijde fusiegemeenschap toont de grote internationale interesse in het werk van de onderzoeksgroep van het LPP-ERM/KMS, geleid door directeur Prof. Michael Van Schoor. Het is tevens een wereldwijde erkenning van de hoge kwaliteit van het onderzoek verricht aan de Koninklijke Militaire School.
Sinds de publicatie wijdde ook MIT Boston een pagina aan het artikel, waarbij de leidende bijdrage van de KMS wordt vermeld.
Het artikel kan gratis worden gedownload via deze link.
Het drie-ionen ICRH-scenario aan het werk in een plasma dat bestaat uit een mengsel van deuterium (D) en helium-3 (3He) in JET. In dit scenario worden deuteriumionen geïnjecteerd met energieën ~ 100keV door de neutrale bundel injectoren, en verder versneld tot ~ 2 MeV met het drie-ionen ICRH-scenario. Hierdoor wordt een groot aantal neutronen (n) geproduceerd in het centrum van het plasma door fusiereacties tussen de zeer energetische D-ionen en thermische D-ionen (D+D ➛ 3He+n). Het aantal geproduceerde neutronen per tijdseenheid wordt weergegeven door het gekleurde gebied in de figuur (oplopend van blauw naar rood).