La física Fatima Ebrahimi del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha utilizado por primera vez modelos avanzados para simular con precisión las características clave del comportamiento cíclico de los modos localizados en los bordes (ELM), un tipo particular de inestabilidad del plasma. Los hallazgos podrían ayudar a los físicos a comprender mejor el comportamiento del plasma, el caliente, gas cargado que alimenta reacciones de fusión en instalaciones de fusión en forma de rosquilla llamadas tokamaks, y producir plasmas de manera más confiable para reacciones de fusión. Los hallazgos también podrían proporcionar información sobre las erupciones solares, las erupciones de enormes masas de plasma desde la superficie del sol al espacio.

Ebrahimi, quien informó el trabajo en mayo en un documento titulado, "Modos localizados de borde de reconexión no lineal en plasmas portadores de corriente" en la revista Física de Plasmas , logró los resultados a través de la simulación no lineal de la inestabilidad. "Esta investigación reproduce y explica el tipo de explosión, o cuasiperiódico, comportamiento de ELMS, "dijo Ebrahimi." Si ocurre en grandes tokamaks en el futuro, estas ráfagas podrían dañar algunos de los componentes internos de la máquina. Comprenderlos podría ayudar a los científicos a prevenir ese daño ".

Los ELM ocurren alrededor del borde exterior del confinamiento alto, o modo H, plasmas debido a fuertes corrientes de borde. Ebrahimi usó un código de simulación por computadora conocido como NIMROD para mostrar cómo los ELM atraviesan un ciclo repetido en el que se forman, desarrollar, y desaparecer.

El modelo demuestra que los ELM se pueden formar cuando existe un fuerte gradiente de corriente en el borde del plasma. El gradiente se desarrolla cuando el plasma se mueve repentinamente hacia arriba o hacia abajo, creando una protuberancia en la corriente y formando una hoja de corriente de borde. La inestabilidad luego forma un filamento portador de corriente que se mueve alrededor del tokamak, produciendo campos eléctricos que interfieren con las corrientes que causaron la formación de los ELM. Con las corrientes originales interrumpidas, el ELM muere. "En cierto sentido, "Ebrahimi dijo, "un ELM elimina su propia fuente, borra el golpe en el borde de la corriente, por su propio movimiento".

Los hallazgos de Ebrahimi son consistentes con las observaciones del comportamiento cíclico de los ELM en tokamaks de todo el mundo. Estos incluyen Pegasus, un pequeño dispositivo esférico de la Universidad de Wisconsin; el Tokamak esférico Mega Ampere (MAST) en el Reino Unido; y el Experimento Nacional de Torus Esférico (NSTX), la instalación insignia en PPPL antes de su reciente actualización. La investigación también podría mejorar la comprensión de las erupciones solares, que van acompañadas de estructuras filamentosas similares a las producidas por los ELM. Su próximo paso consistirá en investigar el impacto de las diferencias en la presión plasmática sobre el comportamiento cíclico de los ELM.