Dentro de un experimento de fusión, donde los científicos estudian las reacciones en el corazón de nuestro sol, las interrupciones (inestabilidades a gran escala del plasma) provocan una pérdida rápida y completa del confinamiento magnético. Los modelos de plasmas de fusión combinan ahora métodos numéricos avanzados con capacidades informáticas de alto rendimiento. ¿El resultado? Los científicos pueden explorar las causas y la dinámica de las interrupciones con un detalle sin precedentes.

Las interrupciones plantean uno de los desafíos más importantes para el diseño de un reactor de fusión. Durante estos eventos, Las corrientes eléctricas que surgen en las paredes crean fuerzas significativas que pueden dañar las paredes del recipiente tokamak. Ahora, Los científicos pueden modelar estas corrientes en una geometría completamente tridimensional, con parámetros de plasma realistas. Los resultados pueden conducir a estrategias que eviten y mitiguen las interrupciones en futuros dispositivos del tamaño de un reactor.

El tokamak es un diseño eficiente para confinar plasmas sobrecalentados con campos magnéticos porque gran parte del campo magnético es producido por corrientes eléctricas en el plasma. Esta ventaja puede convertirse en una desventaja, porque las perturbaciones en la corriente de plasma pueden reducir el campo magnético en un ciclo de autorrefuerzo, provocando una rápida pérdida de confinamiento. Es más, estas interrupciones imponen fuertes fuerzas electromagnéticas y cargas de calor, planteando un gran desafío para el funcionamiento exitoso de un reactor tokamak.

Los investigadores ahora están llevando a cabo simulaciones completamente tridimensionales de inestabilidades a gran escala en los tokamaks NSTX y DIII-D. Estas simulaciones utilizan el código M3D-C1, que modela el plasma como un fluido conductor de electricidad. Las nuevas capacidades de alta fidelidad en el código muestran las corrientes de "halo" eléctricas que pueden provocar interrupciones que fluyen hacia y a través de las paredes del tokamak. Y más simulaciones de eventos de desplazamiento vertical, que a menudo causan o acompañan interrupciones, muestran que pueden desarrollarse violentas inestabilidades secundarias a medida que el plasma se empuja contra la pared del vaso.

Estas inestabilidades secundarias generalmente conducen a una distribución tridimensional de la corriente de halo, que consta de componentes simétricos y asimétricos. Las corrientes asimétricas pueden producir fuerzas que son particularmente dañinas para la embarcación tokamak. Afortunadamente, en estas simulaciones el componente asimétrico permanece localizado y fuertemente subdominante al componente simétrico, incluso en los casos que presentan una inestabilidad secundaria fuertemente creciente. Las simulaciones también muestran que enfriar el plasma antes o durante el evento de desplazamiento vertical puede suprimir aún más las inestabilidades que conducen a la corriente asimétrica. El trabajo futuro modelará las interrupciones iniciadas por otras inestabilidades en las que se espera que el componente asimétrico de las corrientes de halo sea mayor.