Los físicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) han descubierto información valiosa sobre cómo el gas cargado eléctricamente conocido como "plasma" fluye en el borde dentro de los dispositivos de fusión en forma de rosquilla llamados "tokamaks". Los hallazgos marcan una señal alentadora para el desarrollo de máquinas para producir energía de fusión para generar electricidad sin generar desechos peligrosos a largo plazo.

El resultado corrobora parcialmente los hallazgos anteriores de PPPL de que el ancho del escape de calor producido por las reacciones de fusión podría ser seis veces mayor. y por lo tanto menos estrecho, concentrado, y dañino, de lo que se había pensado. "Estos hallazgos son una buena noticia para el ITER, "dijo el físico de PPPL C.S. Chang, autor principal de una descripción de la investigación en Física de Plasmas , refiriéndose al experimento internacional de fusión en construcción en Francia. "Los resultados muestran que el escape de calor en ITER tendrá una menor probabilidad de dañar la máquina, "Dijo Chang.

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 produce 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 plasma supercaliente dentro de los tokamaks, que puede alcanzar cientos de millones de grados, está confinado por campos magnéticos que mantienen el plasma alejado de las paredes de las máquinas. Sin embargo, las partículas y el calor pueden escapar de los campos de confinamiento en la "separatriz magnética", el límite entre los plasmas magnéticamente confinados y no confinados. En este límite, las líneas de campo se cruzan en el llamado punto X, el lugar donde el calor residual y las partículas escapan y golpean un objetivo llamado "placa desviadora".

Los nuevos hallazgos revelan el sorprendente efecto del punto X en el escape al mostrar que se produce un golpe de carga eléctrica en forma de colina en el punto X. Esta colina eléctrica hace que el plasma circule a su alrededor, evitar que las partículas de plasma viajen entre las áreas aguas arriba y aguas abajo de las líneas de campo en una trayectoria recta. En lugar de, como coches que maniobran en un sitio de construcción, las partículas de plasma cargadas toman un desvío alrededor de la colina.

Los investigadores produjeron estos hallazgos con XGC, un código informático avanzado desarrollado con colaboradores externos en PPPL que modela el plasma como una colección de partículas individuales en lugar de como un solo fluido. El modelo, que mostró que la conexión entre el plasma aguas arriba ubicado sobre el punto X y el plasma aguas abajo debajo del punto X se formó de una manera no predicha por códigos más simples, podría conducir a predicciones más precisas sobre el escape y hacer que las futuras instalaciones a gran escala sean menos vulnerables a daños internos.

"Este resultado muestra que el modelo anterior de las líneas de campo que involucran tubos de flujo está incompleto, "dijo Chang, refiriéndose a las áreas tubulares que rodean las regiones de flujo magnético" y que la comprensión actual de la interacción entre los plasmas aguas arriba y aguas abajo no es correcta. Nuestro siguiente paso es descubrir una relación más precisa entre los plasmas ascendente y descendente utilizando un código como el nuestro. Ese conocimiento nos ayudará a desarrollar ecuaciones más precisas y modelos reducidos mejorados, que de hecho ya están en marcha ".