Vemos imágenes del plasma del Tokamak con todo tipo de colores, del rojo al morado. ¿Por qué vemos luz, si el plasma debería estar tan caliente que todos sus electrones se habrían disociado? ¿Se debe todo a una contaminación o a un enfriamiento no deseado?
Respuestas
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Fernando Briano
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El sol es mayoritariamente plasma, y casi se ajusta bien a la curva de radiación del cuerpo negro, que es la forma en que medimos su temperatura media: casi 6000K que irradia. El centro es mucho más caliente (véase más abajo).
Se ha informado de que el ITER plasma será diez veces más caliente que el sol en el centro. Esto comprimirá la curva de tipo cuerpo negro hacia las altas frecuencias, pero seguirá habiendo una cola en el visible en las capas exteriores más frías, para dar este tipo de radiación visible:
En las profundidades del Sol, donde las reacciones de fusión producen la energía que percibimos como luz y calor, las temperaturas alcanzan los 15 millones de °C. En el centro del plasma del ITER, las temperaturas se dispararán hasta alcanzar entre 150 y 300 millones de °C.
En el corazón del tokamak coreano KSTAR, en funcionamiento desde 2008, arde con fuerza un pulso de plasma. Pero no se deje engañar: las zonas más brillantes de la foto son en realidad las más frías. A 150 millones de °C (la temperatura en el centro), el plasma no emite en el espectro de la luz visible. © Instituto Nacional de Investigación de la Fusión, Corea.
Así que la curva del cuerpo negro está realmente apretada hacia la izquierda.
En general a partir de una temperatura y por encima habrá radiación en el visible procedente de la radiación de cuerpo negro, pero para un plasma hay diferencias. .
Se presenta la teoría de la radiación del cuerpo negro en equilibrio térmico con un plasma homogéneo e isótropo. Se obtienen las magnitudes termodinámicas relevantes de la radiación. La presencia del plasma modifica cualitativa y a menudo cuantitativamente el concepto de radiación del cuerpo negro, esencialmente por efecto de la densidad del plasma.
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Utilicé esta calculadora de cuerpo negro para 150.000.000 K
y esto para comparar con temperaturas solares
Esto es lo que quiero decir con "exprimido a la izquierda" más allá de lo visible.
Como mencionó Maury Markowitz, el color del borde del plasma (el núcleo es incoloro y transparente) viene determinado por la composición del gas parcialmente ionizado que se recombina con los electrones del plasma y experimenta transiciones en el borde del plasma. A veces este gas se inyecta a propósito (como en el caso del DCX y el gas xenón), y otras veces es simplemente gas residual en la cámara. En el caso del tokamak MAST, se trata de esto último; como el plasma está hecho de deuterio, la radiación óptica consiste en las líneas espectrales del átomo de dueterio, que da un brillo rosáceo a los bordes del plasma.
Esto concuerda con la explicación dada por las páginas públicas del tokamak ITER aquí: https://www.iter.org/newsline/258/1512
Saad Farooq
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En la mayoría de los casos se trata de una falsificación: a menudo utilizan gases de prueba con el objetivo explícito de ser parcialmente ionizados para que emitan luz y nos permitan así tomar fotografías de fantasía. El mejor ejemplo de ello fue el DCX de Átomos para la Paz de 1958, en el que inyectaron xenón (creo recordar) para crear un anillo brillante visible. También es posible tomar fotografías durante el arranque, cuando no está totalmente termalizado. Hay algunos vídeos en youtube que muestran el arranque del MAST y se puede ver cómo ocurre.
Jammy
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Como bien dices, un plasma está compuesto por una cierta densidad de partículas cargadas (iones, electrones,...). Debido a muchas razones diferentes, como la presencia de campos electromagnéticos externos e internos (autoconsistentes), estas partículas cargadas se mueven bajo la acción de diversas fuerzas. Es posible demostrar que una partícula cargada que se acelera emitirá radiación electromagnética (no sólo en el espectro visible).
La emisión de radiación electromagnética debida al movimiento acelerado de partículas cargadas en un plasma suele ser una parte importante en el balance energético de un sistema de plasma (como la configuración Tokamak de la que hablas).
