Fusión nuclear, la liberación de energía cuando los núcleos atómicos ligeros se fusionan, se promociona como una solución libre de carbono para los requisitos energéticos globales. Una ruta potencial hacia la fusión nuclear es el confinamiento inercial. Ahora, un equipo dirigido por KAUST ha modelado el complejo flujo de plasma que podría ocurrir en un reactor de fusión de este tipo.

El confinamiento inercial implica disparar múltiples rayos láser potentes a una pastilla de hidrógeno desde muchas direcciones, lo que provoca una onda de choque de implosión que calienta el objetivo a temperaturas lo suficientemente altas como para crear un plasma, una nube de partículas cargadas, e iniciar la fusión. El gránulo debe implosionar simétricamente, pero ligeras diferencias en la potencia de los rayos láser crean plasma de diferente temperatura y densidad, que fluyen de manera diferente y crean inestabilidades en el combustible.

Doctor. el estudiante Yuan Li y su supervisor Ravi Samtaney del programa de Ingeniería Mecánica de KAUST y Vincent Wheatley de la Universidad de Queensland, Australia, utilizó un modelo fluido de la dinámica del plasma para investigar la evolución de un tipo particular de inestabilidad llamada inestabilidad de Richtmyer-Meshkov (RMI).

El RMI comienza como pequeñas perturbaciones entre regiones de fluidos acelerados impulsivamente de alta y baja densidad. Las perturbaciones inicialmente crecen linealmente con el tiempo; a esto le sigue un régimen no lineal con la formación de burbujas del fluido ligero que penetran en el pesado y con picos del fluido pesado en el ligero. Eventualmente, esto evoluciona hacia una mezcla turbulenta, lo cual es perjudicial para lograr el punto caliente en el centro de la implosión.

Li, Samtaney y Wheatley investigaron numéricamente el RMI en el caso de un choque cilíndrico convergente que interactuaba con dos interfaces que separaban fluidos de tres densidades. Investigaciones anteriores indicaron que la aplicación de un campo magnético disminuye la temperatura requerida para la ignición y reduce la inestabilidad. El equipo estudió los cambios en el campo de flujo bajo la influencia de un campo magnético con forma de silla de montar; una topología previamente identificada como la más eficaz.

Simulando este sistema con diferentes proporciones de densidades entre los tres fluidos y varias intensidades de campo magnético, el equipo confirmó que el campo magnético en forma de silla de montar podría reducir la inestabilidad. Sin embargo, demostraron que la extensión de la supresión varía en la interfaz:si es de ligera a pesada o de pesada a ligera. Esto a su vez conduce a un crecimiento asimétrico de las perturbaciones. El grado de esta asimetría aumenta al aumentar la fuerza del campo magnético.

"El campo magnético del sillín suprime el RMI; sin embargo, también rompe la simetría del flujo, "explica Samtaney." La simetría es muy importante para que la implosión logre alta temperatura y densidad ".

"A continuación, esperamos utilizar un modelo matemático más avanzado de inestabilidades provocadas por impactos en la fusión por confinamiento inercial que trata a los iones y electrones como fluidos separados, "dice Samtaney.