Čeští vědci vyvinuli unikátní kameru pro extrémní použití. Uvidí dovnitř budoucích fúzních reaktorů

Unikátní diagnostickou kameru FASXCAM, která dokáže sledovat rentgenové záření vznikající v extrémně horkém plazmatu, vyvinuli za podpory Technologické agentury ČR vědci z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR ve spolupráci s jadernou fyzikálně ČVUT Praze. Nový přístroj pomůže výzkumníkům lépe kontrolovat podmínky potřebné pro budoucí výrobu energie pomocí jaderné fúze.

Jaderná fúze je považována za jeden z nejslibnějších zdrojů bezemisní energie budoucnosti. Aby však mohla probíhat, musí být palivo zahřáto na teploty dosahující desítek milionů stupňů. V takovém prostředí je mimořádně obtížné provádět spolehlivá měření. Běžná elektronika zde často selhává kvůli silné radiaci, elektromagnetickému rušení nebo extrémním provozním podmínkám.

Právě proto vznikla kamera FASXCAM. Je navržena tak, aby odolala vysoké radiaci i náročným podmínkám uvnitř fúzních experimentů. Dokáže pořizovat až 15 tisíc snímků za sekundu a současně měřit energii dopadajícího rentgenového záření.

Hlídá nečistoty, které mohou fúzi zastavit

Jedním z největších problémů při provozu tokamaků jsou nečistoty uvolňované ze stěn reaktoru. Pokud se dostanou do plazmatu, mohou ho ochlazovat a narušovat stabilitu celého experimentu.

Kamera umožňuje sledovat jejich výskyt v reálném čase. Každý z jejích 4096 pixelů funguje zároveň jako samostatný spektrometr, takže vědci získávají nejen obraz, ale také informaci o energii zachyceného záření. Díky tomu mohou například odhalit přítomnost wolframu uvolněného ze stěn reaktoru ještě dříve, než významně ovlivní chování plazmatu.

„Potřebujeme sledovat procesy probíhající v prostředí, kde selhává většina běžných měřicích systémů. Kamera FASXCAM nám umožňuje pozorovat dění uvnitř horkého plazmatu s vysokou časovou i energetickou přesností,“ říká Martin Imríšek z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR.

Česká technologie pro evropský výzkum

Podrobné výsledky výzkumu publikoval odborný časopis Plasma Physics and Controlled Fusion.

FASXCAM bude využita v nově budovaném tokamaku COMPASS Upgrade v Praze. Vědci zároveň počítají s jejím možným nasazením i v dalších evropských zařízeních zaměřených na výzkum jaderné fúze.

Konstrukce kamery musela vyřešit několik inženýrských výzev. Speciálně vyvinutý křemíkový čip musí pracovat ve vysokém vakuu, které neutlumuje měkké rentgenové záření, ale zároveň se nesmí přehřívat ani vlastním odpadním teplem, ani zářením z teplejších okolních povrchů při čištění vakuové komory vypalováním. Aby elektronika přežila intenzivní toky neutronového a gama záření, byly klíčové digitální obvody v čipu zdvojnásobeny nebo ztrojnásobeny. Data lze do odečítací elektroniky přenášet také pomocí optických vláken, což eliminuje riziko elektromagnetického rušení a umožňuje její umístění daleko za hranice radiačního stínění experimentu. Díky tomu může elektronika fungovat i v prostředí, kde běžné systémy selhávají.

Vývoj přístroje je příkladem toho, jak se české týmy podílejí na vzniku technologií, které mohou v budoucnu pomoci při vývoji bezpečných a bezemisních zdrojů energie.