Para fusionar átomos de hidrógeno en helio, Los dispositivos con forma de rosquilla llamados tokamaks deben mantener el calor del plasma ultracaliente que controlan. Pero como agua hirviendo el plasma tiene manchas, o burbujas, que se filtran dentro del borde del plasma, reduciendo el rendimiento del plasma al eliminar el calor que sostiene las reacciones de fusión.

Ahora, Los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han completado nuevas simulaciones que podrían proporcionar información sobre cómo se comportan las manchas en el borde del plasma. Las simulaciones, producido por un código llamado XGC1 desarrollado por un equipo nacional basado en PPPL, realizó simulaciones cinéticas de dos regiones diferentes del borde de plasma simultáneamente. Esta capacidad produce una imagen más fundamental y completa de cómo el calor se mueve desde el plasma a las paredes. potencialmente causando daño.

"En simulaciones, A menudo separamos dos áreas en el borde de plasma conocidas como el pedestal y la capa de raspado y nos enfocamos en una u otra, "dijo el físico de PPPL Michael Churchill, autor principal de un artículo que describe los resultados en la revista Física del plasma y fusión controlada . "XGC1 es único porque puede simular ambas regiones simultáneamente, utilizando ecuaciones cinéticas de iones y electrones. De hecho, es importante incluir ambas regiones en las simulaciones porque se afectan entre sí ".

Las simulaciones permiten a los científicos explorar el plasma, el cuarto y más caliente estado de la materia en el que los electrones se separan de los núcleos atómicos, sin realizar experimentos físicos que podrían resultar costosos. A veces también brindan información que los experimentos físicos no brindan. Simulaciones de turbulencia en el borde del plasma, cerca de donde el plasma se acerca a la pared interior de un tokamak, son particularmente importantes. Cuanto más comprendan los científicos tal turbulencia, mejor podrán evitar que se formen manchas de plasma en movimiento en el borde del plasma. Si no está controlado, estas gotas podrían drenar grandes cantidades de calor del plasma confinado, y posiblemente dañe los componentes que miran hacia el plasma u obstaculice las reacciones de fusión.

El código XGC1 simuló plasma en modo de alto confinamiento, o modo H, un conjunto de condiciones que ayudan al plasma a retener su calor. En modo H, los resultados mostraron, se forma una gran cantidad de manchas entre el pedestal y la capa de raspado, dos condiciones cerca del borde, y muévete hacia el borde exterior, cruzando las líneas del campo magnético a medida que avanzan.

Las gotas juegan un papel importante en el movimiento hacia afuera de las partículas en el plasma. Las gotas causan aproximadamente el 50 por ciento de la pérdida de partículas en el borde del plasma, y los investigadores han observado manchas en una amplia gama de dispositivos de plasma, incluyendo tokamaks, dispositivos de fusión en forma de ocho conocidos como estelaradores, y máquinas lineales. "El panorama general es que las gotas pueden extraer energía y partículas del plasma, y tu no quieres eso, "Dijo Churchill." Quieres mantener las cosas encerradas ".