El gas ionizado caliente llamado plasma está confinado en un tokamak con forma de bagel por un fuerte campo magnético, parte del cual es generado por una fuerte corriente eléctrica que fluye a través del plasma. Periódicamente se produce una inestabilidad en dientes de sierra. Hace que la temperatura central del plasma descienda abruptamente y luego se recupere en un patrón de dientes de sierra. La inestabilidad limita la cantidad de corriente que se puede concentrar en el centro del plasma. Sin embargo, Hay tipos de plasmas tokamak para los cuales un mecanismo previamente desconocido, llamado bombeo de flujo magnético, limita la corriente en el centro de plasma para que permanezca justo por debajo del umbral de diente de sierra. Los científicos estaban desconcertados por cómo funciona este mecanismo de autorregulación. Los resultados de simulaciones numéricas altamente complejas sugieren ahora una posible respuesta.

La inestabilidad del diente de sierra puede desencadenar otros problemas que conducen al deterioro o incluso a la pérdida del confinamiento del plasma. Por lo tanto, Son de interés escenarios híbridos en los que el bombeo de flujo magnético previene la inestabilidad del diente de sierra. Esto es especialmente cierto para futuros experimentos de fusión a gran escala, como ITER. Extrapolar la accesibilidad y las propiedades de los escenarios híbridos al ITER, es esencial comprender la física detrás del bombeo de flujo magnético. Con la ayuda de elaboradas simulaciones, Los científicos ahora pueden encontrar una posible explicación para este fenómeno.

El mecanismo detrás del bombeo de flujo magnético en las simulaciones numéricas funciona de la siguiente manera:si el perfil de corriente central es plano y si la presión de plasma central es suficientemente alta, se desarrolla un modo de cuasi-intercambio en el núcleo del plasma. El modo de cuasi-intercambio genera un flujo helicoidal de plasma a gran escala que, casi como un mezclador, agita constantemente el plasma central. Al mismo tiempo, el campo magnético en el núcleo de plasma se deforma.

Aquí es donde entra en juego el efecto dínamo. El efecto dínamo juega un papel importante para muchos fenómenos astrofísicos, así como para el mecanismo que mantiene el campo magnético de la Tierra. Describe cómo un movimiento particularmente arremolinado de un fluido conductor de electricidad puede reforzar un campo magnético existente. En el caso del campo magnético de la Tierra, el fluido es la parte líquida del núcleo de hierro de la Tierra. En el caso del escenario tokamak híbrido, el fluido es el plasma caliente en el centro del tokamak. En este último caso, Es a través de un efecto dinamo que el flujo de plasma helicoidal y la deformación helicoidal del campo magnético se combinan para dar un voltaje negativo que mantiene plana la corriente central. Manteniendo plana la corriente en el centro de plasma, se evita la inestabilidad del diente de sierra.

Las simulaciones numéricas también explican cómo este bombeo de flujo magnético se regula a sí mismo:Se sabe que el modo de cuasi-intercambio funciona mejor si la corriente central está en un cierto umbral, que coincide con el umbral para la inestabilidad del diente de sierra. Siempre que el mecanismo de bombeo de flujo se vuelva demasiado fuerte, debilita el modo de cuasi-intercambio y, por lo tanto, su propio impulso. Así es como se limita la fuerza del bombeo de flujo para que mantenga la corriente central justo por debajo del umbral de inestabilidad en diente de sierra.