Un requisito clave para las futuras instalaciones que tienen como objetivo capturar y controlar en la Tierra la energía de fusión que impulsa al sol y las estrellas son las predicciones precisas de la presión del plasma:el calor, gas cargado que alimenta las reacciones de fusión dentro de los tokamaks en forma de rosquilla que albergan las reacciones. Es fundamental para estas predicciones pronosticar la presión que la capa de raspado, la delgada tira de gas en el borde del plasma, ejerce sobre el desviador, el dispositivo que expulsa el calor residual de las reacciones de fusión.

Investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han desarrollado nuevos conocimientos sobre la física que rige el equilibrio de presión en la capa de raspado. Este equilibrio debe garantizar que la presión del plasma en todo el tokamak sea lo suficientemente alta como para producir una reacción de fusión en gran parte que se calienta espontáneamente. El equilibrio también debe limitar el impacto potencialmente dañino del calor y las partículas de plasma que golpean el desviador y otros componentes del tokamak que miran al plasma.

"Las suposiciones simples anteriores sobre el equilibrio de la presión en la capa de raspado son incompletas, "dijo el físico de PPPL Michael Churchill, autor principal de un Fusión nuclear documento que describe los nuevos hallazgos. "Los códigos que simulan la capa de raspado a menudo han descartado aspectos importantes de la física, y el campo está empezando a reconocer esto ".

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.

Factores clave

Churchill y los colegas de PPPL determinaron los factores clave detrás del equilibrio de presión ejecutando el código informático XGCa de última generación en las supercomputadoras Cori y Edison en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. El código trata el plasma a un nivel cinético detallado (o movimiento de partículas) en lugar de como un fluido.

Entre las características clave encontradas se encuentra el impacto de la deriva masiva de iones, un impacto que los códigos anteriores han ignorado en gran medida. Tales derivas "pueden desempeñar un papel integral" escribieron los autores, y "son muy importantes a tener en cuenta".

También se consideró importante en el equilibrio de la cantidad de movimiento o de la presión los efectos cinéticos de las partículas debido a que los iones tienen diferentes temperaturas dependiendo de su dirección. Dado que la temperatura de los iones es difícil de medir en la capa de raspado, el papel dice, "Deben realizarse mayores esfuerzos de diagnóstico para medir con precisión la temperatura y los flujos de los iones y así permitir una mejor comprensión del papel de los iones en el SOL".

Los nuevos hallazgos podrían mejorar la comprensión de la presión de la capa de raspado en el desviador, Churchill dijo:y podría conducir a pronósticos precisos para el experimento internacional ITER que se está construyendo en Francia y otros tokamaks de próxima generación.