Como surfistas atrapando las olas del mar, partículas dentro del calor, El estado de materia con carga eléctrica conocido como plasma puede montar ondas que oscilan a través del plasma durante los experimentos para investigar la producción de energía de fusión. Las oscilaciones pueden desplazar las partículas tanto que escapan del tokamak en forma de rosquilla que alberga los experimentos. enfriar el plasma y hacer que las reacciones de fusión sean menos eficientes. Ahora, un equipo de físicos dirigido por el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha ideado un método más rápido para determinar cuánto contribuye esta interacción entre partículas y ondas a la pérdida de eficiencia en los tokamaks.

Fusión, el poder que impulsa el sol y las estrellas, es la fusión de elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía. Los científicos de todo el mundo buscan replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

El método para ayudar a determinar el impacto en la fusión, publicado en Física de Plasmas , depende de cómo las partículas del plasma quedan atrapadas en las oscilaciones. Las partículas atrapadas en una oscilación pueden trazar una trayectoria de forma ovalada conocida como estructura resonante, cuyo ancho es un factor clave. Determinar el ancho de esa estructura es fundamental. "Si quieres saber qué efecto tiene la resonancia en las partículas de plasma, necesitas conocer el ancho de resonancia, "dijo Roscoe White, físico teórico de PPPL y autor principal del artículo.

Al ejecutar simulaciones en potentes ordenadores PPPL, Los investigadores descubrieron cómo un tipo de vibración de plasma conocido como modo propio puede deformar la resonancia y cambiar la forma en que afecta a las partículas de plasma. "Nuestra investigación se destaca porque tomamos en cuenta la forma del modo propio, que no se había hecho antes, "Dijo White.

La forma en que los modos propios cambian las estructuras de resonancia y, por lo tanto, el comportamiento de las partículas de plasma es importante para los científicos porque el efecto podría disminuir la eficiencia del ITER. la instalación multinacional que se está construyendo en Francia para demostrar la viabilidad de la energía de fusión. "Las modificaciones de la distribución de partículas por oscilaciones electromagnéticas es un problema importante para ITER, ", Dijo White." El estudio de estos fenómenos permite a los científicos predecir qué tan fuertes serán los efectos de las oscilaciones, y luego diseñar formas de eliminar las olas, prevenir la pérdida de partículas, y mantener la eficiencia de la fusión ".

Los hallazgos podrían usarse para crear un modelo informático reducido con pero exacto, código que podría simular el comportamiento del plasma con menos cálculos y, por lo tanto, en mucho menos tiempo que los modelos actuales. "La mejor simulación disponible de una descarga en DIII-D, el tokamak operado en San Diego por General Atomics, una supercomputadora puede tardar varios meses en completarse, "dijo Nikolai Gorelenkov, físico investigador principal de PPPL y coautor del artículo. "Eso es demasiado. El objetivo final es utilizar simulaciones de interacciones partículas-ondas en el plasma con la suficiente rapidez para predecir dónde y cuándo pueden ocurrir las pérdidas". y luego tomar medidas para evitar esas pérdidas ".

La tarea se vuelve mucho más difícil con respecto al ITER. "Una proyección conservadora para ITER es que las simulaciones requerirán aproximadamente 1 millón de veces más cálculos que los necesarios para los tokamaks actuales, ", Dijo Gorelenkov." Es una cantidad de cálculo sin precedentes, así que tenemos que encontrar formas de hacer que la simulación sea más fácil de terminar ".