Spectroscopic Investigations of Highly Charged Tungsten Ions - Atomic Spectroscopy and Fusion Plasma Diagnostics

Abstract: Popular Abstract in Swedish Atomspektra har varit ett viktigt forskningsområde inom fysiken sedan mitten av 1800-talet. Då elektromagnetisk strålning, såsom synligt ljus, ultraviolett- och röntgenstrålning, är unik för varje grundämne ger ett observerat spektrum information om vilka slags atomer som emitterar strålningen. Exempelvis så visar spektra av ett vanligt lysrör att ljuset kommer från kvicksilveratomer och olika ädelgaser. Det som avslöjas av ett spektrum är dock inte bara ämnet som utsänder ljuset. Spektra innehåller också information om de strålande atomernas omgivning. Genom studier av atomspektra kan man därför mäta exempelvis temperaturer och tätheter hos stjärnor och andra objekt som avger strålning. Denna avhandling behandlar spektroskopiska studier av högt joniserat volfram. Volfram är ett tungt grundämne som förekommer i många tekniska tillämpningar, ofta i komponenter som behöver vara värmetåliga. Ett område där volfram förväntas bli betydande är fusionsforskning. Inom kärnfusion förenas atomkärnor av väte till helium och i processen frigörs energi. Kärnfusion har därmed potential som energikälla. Men det är inte lätt att utveckla fusionskraftverk. För att få i gång fusionsreaktioner krävs nämligen temperaturer på hundratals miljoner grader. Att värma det så kallade plasmat till sådana temperaturer är en stor utmaning och att konstruera en reaktor som kan innesluta plasmat är ännu svårare. Det är här som volfram kommer in i bilden. Volfram, som har utmärkta värmeegenskaper, kan användas som konstruktionsmaterial i fusionsreaktorer. Man kan dock förvänta sig att volframpartiklar kommer lossna från väggarna av reaktorn och blandas med det heta plasmat. De höga temperaturerna gör att de flesta av volframatomernas elektroner slits loss och kvar blir då högt joniserade atomer. Dessa volframjoner avger mycket ultraviolett- och röntgenstrålning. Studerar man volframspektra från ett fusionsplasma kan man därför uppskatta mängden volfram i plasmat, hur varmt det är, vad det har för densitet, samt hur plasmat rör sig i reaktorn. För att volfram ska kunna användas för plasmadiagnostik behöver man veta hur volframjonernas spektra ser ut. I detta arbete har därför volframspektra studerats i laboratoriet. Våglängder och intensiteter hos spektrallinjer har mätts och deras potentiella användning inom plasmadiagnostik undersökts. Dessa studier har kompletterats med beräkningar samt mätningar vid ett fusionsexperiment. I avhandlingen presenteras förslag på volframspektra för diagnostik under olika plasmaförhållanden.