Las partículas de alta energía de LHD circulan dentro de un plasma que tiene la forma de una rosquilla retorcida, y provocan oscilaciones del plasma. En particular, cuando el período de la circulación y el de la oscilación del plasma coinciden, la amplitud de la oscilación crece. Crédito:Dr. Yasushi Todo
El Instituto Nacional de Ciencia de la Fusión ha desarrollado un nuevo código que puede simular el movimiento del plasma y, simultaneamente, el movimiento de partículas que circulan a altas velocidades. En el reactor de fusión japonés llamado Large Helical Device (LHD), Los investigadores han investigado las oscilaciones del plasma inducidas por partículas de alta energía. Nuevos resultados de investigación, junto con los datos obtenidos de los experimentos LHD, han aclarado los detalles de las oscilaciones que no pueden medirse mediante experimentos y la interacción de partículas de alta energía y sus oscilaciones.
Partículas alfa de alta energía (iones de helio), generado por reacciones de fusión que utilizan deuterio y tritio, calentar el plasma y mantener las condiciones de alta temperatura necesarias para la reacción de fusión. La predicción de su comportamiento y su control son las claves para mantener la reacción de fusión. Por otra parte, el plasma también es un fluido que conduce electricidad. Y debido a que el flujo de corriente eléctrica produce un campo magnético, esto se llama magnetofluido, o fluido magnetohidrodinámico.
Los plasmas que son magnetofluidos oscilan. Cuando el período de oscilación y el período de partículas alfa de alta energía que circulan dentro de un plasma coinciden, Existe la posibilidad de que la amplitud de oscilación aumente debido a la resonancia. Como resultado, porque las partículas alfa de alta energía escapan del plasma, Existe la preocupación de que el rendimiento del reactor de fusión se degrade. Para realizar la generación de electricidad de fusión, Es imperativo hacer predicciones altamente confiables con respecto a la distribución de partículas de alta energía que incorporan la interacción del plasma con las oscilaciones.
El grupo de investigación dirigido por el profesor Yasushi Todo y el profesor asistente Hao Wang del Instituto Nacional de Ciencia de la Fusión (NIFS) ha desarrollado un programa que puede simular el comportamiento del plasma y los movimientos de partículas de alta energía (el programa se llama "simulación híbrida" porque conecta fluido y partículas). Ahora es posible simular la interacción entre la oscilación del plasma y las partículas de alta energía, lo que no era posible con métodos anteriores que calculaban el plasma y las partículas de alta energía por separado.
Usando este programa de simulación híbrido en supercomputadoras, el simulador de plasma de NIFS y Helios, del Centro Internacional de Investigación de Energía de Fusión:los investigadores llevaron a cabo una simulación a gran escala de plasma LHD. En los experimentos LHD, llevaron a cabo una investigación sobre partículas de alta energía y oscilaciones de plasma utilizando partículas de alta energía generadas por inyección de haz neutro (ver Fig. 1). En los resultados de la simulación que se muestran en la Figura 2, junto con los datos experimentales de las oscilaciones del plasma causadas por las partículas de alta energía, aclararon los detalles de las oscilaciones que no se pueden medir mediante experimentos, así como la interacción de partículas de alta energía que provocan la amplificación de la oscilación.
Este programa de simulación híbrida es apropiado no solo para el LHD sino también para experimentos de plasma de fusión en Japón y en el extranjero. Comparando los resultados experimentales con respecto a la distribución de partículas de alta energía y oscilaciones, se ha confirmado la fiabilidad del programa. Al reproducir con éxito el experimento LHD, los investigadores han producido el primer programa que puede simular partículas de alta energía y oscilaciones de plasma.
El comportamiento de las oscilaciones provocadas por partículas de alta energía que circulan dentro de un plasma LHD obtenido a partir de una simulación. En la sección transversal de la rosquilla, los incrementos y disminuciones debidos a las oscilaciones se muestran en rojo y en azul, respectivamente, para la velocidad del plasma (izquierda) y la presión (derecha). Crédito:Dr. Yasushi Todo
Este resultado de la investigación fue anunciado en la 26a conferencia del Organismo Internacional de Energía Atómica celebrada del 17 al 22 de octubre en Kioto. Japón.
Usando el programa de simulación híbrida desarrollado por el Instituto Nacional de Ciencia de Fusión, la precisión de predicción de la distribución de partículas alfa de alta energía en el plasma del núcleo del reactor de fusión ha mejorado significativamente. Esto contribuirá al desarrollo de escenarios de operación y diseño de reactores de fusión altamente confiables, y podría acelerar el logro de un reactor de fusión. Además, el trabajo contribuye a la comprensión de las interacciones de las partículas de alta energía y las oscilaciones. Mientras que las oscilaciones del plasma provocan la pérdida de partículas de alta energía que calientan el plasma, las oscilaciones, al proporcionar al plasma la energía recibida de partículas de alta energía, a la inversa, calentar el plasma.
