Un equipo de investigación de científicos de la fusión logró demostrar que los iones se pueden calentar mediante oscilaciones de plasma impulsadas por partículas de alta energía. Esto se ha confirmado mediante la realización de una simulación a gran escala con un programa de simulación híbrida recientemente desarrollado que vincula los cálculos para las oscilaciones del plasma. iones y partículas de alta energía. Esta investigación acelerará los estudios del autocalentamiento del plasma para realizar la energía de fusión.

La reacción de fusión entre el ión deuterio y el ión tritio en un plasma de alta temperatura se utilizará en los reactores de fusión en el futuro. Las partículas alfa de alta energía generadas por la reacción de fusión dan su energía al plasma, y este autocalentamiento del plasma mantiene la condición de alta temperatura requerida para la reacción de fusión. Sin embargo, tenemos el problema de que el calentamiento de los iones de combustible es débil porque las partículas de alta energía dan la mayor parte de su energía a los electrones a través de colisiones con los electrones. Para aumentar la tasa de calentamiento de iones, Se propone que los iones se pueden calentar mediante las oscilaciones del plasma impulsadas por las partículas de alta energía. Sin embargo, este mecanismo de calentamiento de iones aún no ha sido confirmado.

El equipo de investigación del profesor asistente Hao Wang y el profesor Yasushi Todo de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) del Instituto Nacional de Ciencia de Fusión (NIFS) llevó a cabo una investigación sobre el calentamiento de iones por oscilaciones de plasma utilizando simulaciones por computadora.

El profesor Todo desarrolló previamente un programa de computadora que puede simular simultáneamente el estado del plasma como un todo, que se trata como fluido, y el movimiento de partículas de alta energía en un plasma. Este programa, porque enlaza y calcula el fluido y las partículas, se llama programa de simulación híbrida. Nos permite estudiar la interacción entre las oscilaciones del plasma y las partículas de alta energía. El programa está altamente evaluado entre los científicos de la fusión, y actualmente se están realizando varios estudios de simulación que utilizan el programa.

Sin embargo, para estudiar el calentamiento de iones por oscilaciones de plasma impulsadas por partículas de alta energía, es necesario expandir el programa de simulación híbrida para simular movimientos iónicos influenciados por las oscilaciones del plasma. El equipo de investigación ha logrado desarrollar un nuevo programa de simulación híbrida calculando iones en un plasma como partículas y vinculando los tres tipos de cálculos para las oscilaciones del plasma, las partículas de alta energía, y los iones. Usando el nuevo programa de simulación híbrida, realizaron una simulación a gran escala en la supercomputadora con respecto al plasma generado en el Large Helical Device (LHD). (En el LHD, utilizamos las partículas de hidrógeno de alta energía que se encuentran dentro del plasma para estudiar las oscilaciones del plasma impulsadas por partículas de alta energía.) La nueva simulación híbrida muestra claramente que los iones obtienen energía de las oscilaciones del plasma excitadas por las partículas de alta energía. Esto indica que la velocidad de calentamiento de iones en un plasma que se calienta automáticamente puede aumentarse utilizando las oscilaciones del plasma.

Por lo tanto, el equipo de investigación ha probado el calentamiento de iones por oscilaciones de plasma por primera vez en el mundo. Sobre la base de los resultados de este estudio, Se acelerará la investigación sobre el plasma que se calienta espontáneamente para realizar la energía de fusión.

El resultado de esta investigación fue publicado como Wang, et al. "Simulación de modos acústicos geodésicos impulsados ​​por partículas energéticas y la canalización de energía en los plasmas del dispositivo helicoidal grande" en Fusión nuclear en agosto de 2019.