Usando simulaciones por computadora a gran escala, el grupo de investigación de Física del Plasma y Energía de Fusión del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Espacio está haciendo importantes contribuciones al Joint European Torus (JET), el mayor experimento de fusión actualmente en funcionamiento. Las simulaciones proporcionan información sobre la turbulencia del plasma y el transporte de plasmas que sería imposible o demasiado costoso estudiar experimentalmente.

El grupo Plasma Physics and Fusion Energy está involucrado en varios proyectos internacionales con el objetivo de realizar la fusión como fuente de energía. La investigación se realiza principalmente en colaboración con el Joint European Torus (JET), el mayor experimento de fusión actualmente en funcionamiento, y se centra en la preparación para la puesta en marcha del reactor de fusión experimental ITER que se está construyendo en Cadarache, Francia. Uno de los proyectos actuales se centra en comprender cómo se pueden reponer los núcleos de hidrógeno que participan en la reacción de fusión mediante la inyección de gránulos de hidrógeno.

JET es especialmente adecuado para el estudio de los problemas del ITER debido a su tamaño y porque comparte muchas características del diseño del ITER, como una pared metálica (berilio y tungsteno) y capacidad de tritio. El grupo de investigación de Chalmers utiliza datos de experimentos JET para ejecutar simulaciones por computadora a gran escala de la turbulencia del plasma y el transporte asociado de partículas y energía.

"Estos experimentos numéricos nos permiten estudiar la turbulencia a un nivel de detalle que no es posible en el experimento real. También observamos el impacto de los cambios en los parámetros del plasma que serían imposibles o demasiado costosos de estudiar experimentalmente. La herramienta que usamos para este es el código GENE, un llamado código girocinético que desarrolla la función de distribución de partículas en cinco dimensiones espaciales y de velocidad, "explica Daniel Tegnered, Estudiante de doctorado en el grupo de Física del Plasma y Energía de Fusión.

Una de las cuestiones cruciales para el ITER es cómo se debe lograr el reabastecimiento de plasma. Las partículas del plasma se perderán inevitablemente, ambos a la pared, dado que el confinamiento de partículas no será perfecto, y también a través de las propias reacciones de fusión que consumen núcleos de hidrógeno. Esto hace que la alimentación continua del plasma sea una necesidad. Para ITER, está previsto el llamado combustible de pellets, por lo que se inyectan gránulos que contienen isótopos de hidrógeno apropiados a altas velocidades en el plasma. Sin embargo, los gránulos no podrán alcanzar la parte central del plasma con las densidades y temperaturas más altas antes de la ablación. Esto perturbará los perfiles de temperatura y densidad del plasma, causando un "golpe" en la densidad del plasma como se muestra en la imagen. Estas partículas deben luego ser transportadas hacia adentro por difusión y convección causadas por la turbulencia.

"Nuestras simulaciones de descargas de JET alimentadas con pellets han demostrado que la turbulencia en determinadas condiciones se puede estabilizar en esta región debido al" aumento "en la densidad y la temperatura, "dice Daniel Tegnered.

Otras simulaciones de condiciones más similares a ITER también han demostrado que una relación más alta de presión de plasma a presión magnética, un parámetro importante para la viabilidad económica de los futuros reactores de fusión, También sirve para estabilizar las turbulencias en esta región. Esto a su vez reduce el flujo de partículas hacia adentro, potencialmente haciendo que el combustible de pellets sea menos eficiente. Un mayor análisis y simulaciones de descargas JET similares a ITER serán cruciales para el desarrollo exitoso de escenarios de plasma para ITER.