La gota de plasma toma una forma delgada y larga y sigue las líneas del campo magnético. Esta mancha está compuesta por numerosas partículas de plasma (iones y electrones). Sin embargo, debido a las líneas del campo magnético y la influencia del campo eléctrico dentro del plasma, la mancha vuela en dirección a la pared del recipiente de confinamiento. Crédito:Dr. Hiroki Hasegawa
En los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales del Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión (NIFS), un grupo de investigación que utilizó la supercomputadora 'Plasma Simulator' de NIFS logró por primera vez en el mundo calcular los movimientos de mil millones de partículas de plasma y el campo eléctrico construido por ellos. partículas. Más lejos, aclararon a partir del nivel de partículas (micronivel) los movimientos de la mancha de plasma que aparece en las regiones de los bordes de los plasmas de alta temperatura.
Antecedentes de la investigación
La generación de energía de fusión utiliza la reacción de fusión que ocurre dentro de un plasma de alta temperatura. Para lograr la generación de energía de fusión, confinamos el plasma en el campo magnético con una configuración de rosquilla. Junto con el aumento de la temperatura y la densidad en la región central del plasma, también es necesario controlar el plasma en la región del borde que rodea al plasma. En la región del borde del plasma confinado aparece la mancha de plasma. Debido a que esta gota de plasma se mueve en la dirección de la pared del recipiente de confinamiento, por lo tanto, existe la preocupación de que el plasma entre en contacto con la pared y la temperatura del plasma disminuya (ver Figura 1). Para controlar este tipo de mancha de plasma, comprender y predecir con precisión el movimiento de la burbuja es uno de los temas importantes en el futuro logro de la energía de fusión. Para investigar en detalle los complicados movimientos de una gota de plasma, son necesarias simulaciones computacionales. Existen varios métodos para realizar simulaciones de la acumulación de partículas (iones y electrones) que transportan electricidad. El método más preciso es el que calcula el movimiento de cada partícula que compone el plasma y calcula el campo eléctrico así producido. Para comprender con precisión el comportamiento de una gota de plasma, Se requiere una simulación del nivel micro (nivel de partículas). Sin embargo, Fue extremadamente difícil realizar tal simulación porque se requiere una inmensa cantidad de cálculos.
(a) Se muestran los cambios temporales en la distribución espacial tridimensional de una gota de plasma (el tiempo pasa de derecha a izquierda). Una gota de plasma (filamento de plasma) se expresa con el tubo permeado en verde, y en las cuatro secciones transversales en diferentes lugares, la región de alta densidad se muestra en rojo y la región de baja densidad se muestra en verde. Junto con el paso del tiempo, la burbuja de plasma se mueve (hacia la izquierda) hacia la pared del vaso. (B) La distribución de velocidad de las partículas de plasma (electrones) [vocabulario 3]. El ancho de la distribución de velocidad representa la temperatura. Al comprender la microestructura interna, como la distribución de velocidades, es posible investigar la influencia que la estructura da al movimiento de la burbuja de plasma. Crédito:Dr. Hiroki Hasegawa
Resultados de la investigacion
Dr. Hiroki Hasegawa y Dr. Seiji Ishiguro, en el Instituto Nacional de Ciencia de la Fusión, El uso de la supercomputadora NIFS Plasma Simulator logró por primera vez en el mundo realizar una simulación a nivel micro de una gota de plasma en la "región del borde" del plasma. El Plasma Simulator tiene la mayor capacidad del mundo como supercomputadora dedicada al uso de la ciencia del plasma y la fusión. Aquí, además de desarrollar recientemente un programa de cálculo utilizando la capacidad del Plasma Simulator, también pudieron calcular los movimientos de mil millones de partículas. Al calcular plasmas del mismo tamaño, el número de cálculos superó los 10, 000 en comparación con el método utilizado hasta ahora para calcular las partículas de la gota como si fueran una unidad.
Según esta simulación, Análisis finamente detallados que incorporaron la influencia mutua proporcionada por el movimiento de partículas y el campo eléctrico, que no había sido posible con los métodos utilizados hasta la fecha, se hizo posible. Más lejos, al mismo tiempo que perseguimos los movimientos de una gota de plasma en forma de cuerda desde el nivel de las partículas, pudimos aclarar la estructura interna a nivel micro de los movimientos de partículas dentro del plasma y la distribución de la temperatura (ver Figura 2). Al comprender este tipo de estructura interna, fue posible investigar la influencia de esa estructura interna sobre el movimiento de una gota de plasma. Es más, aclaramos la condición en la que una gota de plasma contiene impurezas (ver Figura 3).
Estos resultados de la investigación, junto con un gran avance en la comprensión del comportamiento de una gota de plasma, han mejorado enormemente la precisión de la predicción. Estos resultados de investigación se informaron en la 26a Conferencia de Energía de Fusión de la Asociación Internacional de Energía Atómica (OIEA) celebrada en Kioto. Japón del 17 al 22 de octubre, 2016. Los resultados también han sido altamente evaluados, y luego se presentaron como conferencia invitada en la trigésima tercera reunión anual de la Sociedad Japonesa de Investigación de Plasma y Fusión Nuclear en Sendai, Japón, celebrado del 29 de noviembre al 2 de diciembre, 2016, donde los resultados de la investigación también atrajeron mucha atención.
El tiempo pasa de derecha a izquierda. El tubo en verde es la superficie de la gota de plasma. Las áreas donde las impurezas son grandes están en azul y las áreas donde las impurezas son pocas están en púrpura, y aparecen ambos colores. Cuando una gota de plasma invade un área donde hay muchas impurezas, las impurezas se transportan en la dirección del lado derecho. Crédito:Dr. Hiroki Hasegawa
