Turbulencia, la perturbación violentamente rebelde del plasma, puede evitar que el plasma se caliente lo suficiente como para alimentar reacciones de fusión. Durante mucho tiempo, una preocupación desconcertante de los investigadores ha sido el impacto en la turbulencia de los átomos reciclados de las paredes de los tokamaks que confinan el plasma. Estos átomos son neutros, lo que significa que no tienen carga y, por lo tanto, no se ven afectados por el campo magnético del tokamak o la turbulencia del plasma, a diferencia de los electrones e iones, o núcleos atómicos, del plasma. Todavía, Los experimentos han sugerido que los átomos neutros pueden estar mejorando significativamente la turbulencia del plasma del borde, de ahí el interés teórico por sus efectos.
En el primer intento de física básica de estudiar el impacto de los átomos, Los físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han modelado cómo los neutrales reciclados, que surgen cuando el plasma caliente golpea las paredes de un tokamak, aumentar la turbulencia impulsada por lo que se denomina "gradiente de temperatura de iones" (ITG). Este gradiente está presente en el borde de un plasma de fusión en tokamaks y representa la transición del núcleo caliente del plasma al límite más frío adyacente a las superficies del material circundante.
Código informático de escala extrema
Los investigadores utilizaron el código cinético XGC1 de escala extrema para lograr la simulación, que representó el primer paso en la exploración de las condiciones generales creadas por los neutrales reciclados. "Simular la turbulencia del plasma en la región del borde es bastante difícil, ", dijo el físico Daren Stotler." El desarrollo del código XGC1 nos permitió incorporar la física básica de partículas neutras en los cálculos cinéticos de la computadora, en multiescala, con turbulencia microscópica y dinámica de fondo a macroescala, ", dijo." Esto no era posible anteriormente ".
Los resultados, reportado en la revista Fusión nuclear en julio, mostró que los átomos neutros mejoran la turbulencia ITG de dos maneras:
Comparación con experimentos
Avanzando, los investigadores planean comparar los resultados de su modelo con observaciones experimentales, una tarea que requerirá simulaciones más completas que incluyan otros modos de turbulencia. Los hallazgos podrían conducir a una mejor comprensión de la transición de plasmas de confinamiento bajo a confinamiento alto, o modo H:el modo en el que se espera que funcionen los tokamaks futuros. Los investigadores generalmente consideran un reciclaje más bajo, y por lo tanto menos neutrales, como propicio para el funcionamiento en modo H. Este trabajo también puede conducir a una mejor comprensión del rendimiento del plasma en ITER, la instalación internacional de fusión en construcción en Francia, en el que el reciclaje neutro puede diferir del observado en los tokamaks existentes.
