Las partículas subatómicas se deslizan alrededor de las máquinas de fusión en forma de anillo conocidas como tokamaks y, a veces, se fusionan, liberando grandes cantidades de energía. Pero estas partículas, una sopa de electrones cargados y núcleos atómicos, o iones, colectivamente conocido como plasma, a veces puede filtrarse fuera de los campos magnéticos que los confinan dentro de los tokamaks. La fuga enfría el plasma, reduciendo la eficiencia de las reacciones de fusión y dañando la máquina. Ahora, Los físicos han confirmado que un código informático actualizado podría ayudar a predecir y, en última instancia, evitar que sucedan tales fugas.

El equipo de investigación actualizó TRANSP, el código de simulación de plasma desarrollado en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y utilizado en centros de investigación de fusión en todo el mundo, instalando un nuevo fragmento de código conocido como modelo kick en uno de los componentes de TRANSP. El modelo de patada, llamado así porque simula sacudidas de energía que patean las partículas dentro del plasma, permite a TRANSP simular el comportamiento de las partículas con mayor precisión que antes. Con la ayuda de subprogramas conocidos como NUBEAM y ORBIT que modelan el comportamiento del plasma destilando información de datos brutos, esta versión actualizada de TRANSP podría ayudar a los físicos a comprender y predecir mejor las fugas, así como crear soluciones de ingeniería para minimizarlos.

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 buscan replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

El equipo descubrió que la versión actualizada de TRANSP modeló con precisión el efecto de la inestabilidad del diente de sierra, una especie de perturbación que afecta las reacciones de fusión, sobre el movimiento de partículas altamente energéticas que ayudan a provocar reacciones de fusión. "Estos resultados son importantes porque pueden permitir a los físicos utilizar el mismo enfoque para hacer frente a un amplio espectro de inestabilidades sin cambiar de un modelo a otro según el problema específico". "dijo el físico de PPPL Mario Podestà, un coautor del artículo que informó los hallazgos en Fusión nuclear . Los resultados, basado en las inestabilidades de dientes de sierra que ocurrieron durante la operación del Experimento-Actualización del Toro Esférico Nacional de PPPL (NSTX-U) en 2016, ampliar la investigación anterior de PPPL para incorporar modelos de retroceso en TRANSP.

La versión actualizada de TRANSP puede simular el comportamiento del plasma de experimentos que aún no se han realizado, Podestà dijo. "Porque entendemos la física integrada en el modelo de patada, y debido a que ese modelo simuló con éxito los resultados de experimentos anteriores de los que tenemos datos, confiamos en que el modelo kick puede modelar con precisión experimentos futuros, " él dijo.

En el futuro, los investigadores quieren determinar qué sucede entre inestabilidades para tener una idea más completa de lo que ocurre en el plasma. Mientras tanto, Podestà y el resto de científicos están animados por los resultados actuales. "Ahora vemos un camino a seguir para mejorar las formas en que podemos simular ciertos mecanismos que alteran las partículas de plasma, "Esto nos acerca a predicciones fiables y cuantitativas para el rendimiento de los futuros reactores de fusión", dijo Podestà.