¿Cómo se inicia una reacción de fusión? el proceso que ilumina el sol y las estrellas, ¿en la tierra? Como encender una cerilla para encender un fuego primero produce plasma, el estado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos que alimenta las reacciones de fusión, y elevarlo a temperaturas que rivalicen con el sol en cientos de milisegundos.

Físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), trabajando con investigadores del Culham Center for Fusion Energy (CCFE) en el Reino Unido, han construido un marco de simulación para desarrollar y probar las recetas de inicio de plasma para el Experimento-Actualización Nacional de Torus Esférico (NSTX-U) en PPPL y el Tokamak-Actualización Esférico Mega Ampere (MAST-U) en CCFE. "Esta es una herramienta para ayudar al operador a diseñar una receta de inicio exitosa antes de sentarse en el asiento del conductor en NSTX-U o MAST-U, "dijo el físico Devon Battaglia, quien lidera el equipo de operadores en el experimento NSTX-U y es el autor principal de un artículo que describe el modelo en la revista Fusión nuclear .

Fusionando partículas de plasma

La fusión fusiona partículas de plasma para liberar cantidades masivas de energía. Los científicos de todo el mundo están buscando replicar el proceso celestial para producir un limpio, y suministro de energía prácticamente inagotable para generar electricidad.

La receta típica para formar un plasma en dispositivos de fusión magnética llamados tokamaks comienza aplicando voltaje a través de un gas inyectado en un campo magnético fuerte. El gas se convierte en plasma en unos pocos milisegundos y se calienta rápidamente a millones de grados. Crear la mejor receta para una puesta en marcha exitosa requiere un ajuste fino de la presión del gas con una evolución constante de los campos eléctricos y magnéticos. una tarea delicada que recae en el operador.

La nueva capacidad de simulación permite a los operadores lograr rápidamente ese equilibrio, reduciendo significativamente la cantidad de tiempo dedicado a ejecutar experimentos para encontrar una receta que funcione.

Los investigadores derivaron y validaron los modelos en el marco de simulación con datos recopilados de experimentos anteriores en el NSTX-U y su predecesor. y el predecesor de MAST-U. Battaglia trabajó en estrecha colaboración con los físicos de CCFE para desarrollar el nuevo modelo, haciendo del papel un esfuerzo conjunto, y viajará allí nuevamente para el inicio programado de MAST-U.

"La descomposición del plasma es un hito clave para MAST-U y el trabajo de Devon proporciona información valiosa sobre la mejor ruta para lograr la puesta en marcha, "dijo el físico Andrew Thornton, operador principal de MAST-U y coautor del artículo. "Tener la experiencia de Devon en el sitio cuando reiniciemos será inmensamente valioso, ya que ha realizado experimentos similares en NSTX-U que pueden guiar los esfuerzos en MAST-U".

Proporcionar nuevos conocimientos

El desarrollo del modelo proporciona nuevos conocimientos sobre la puesta en marcha de tokamaks esféricos como NSTX-U y MAST-U, que tienen la forma de manzanas sin corazón en lugar de la forma de rosquilla de los tokamaks convencionales más utilizados. El proceso de elaboración del marco de simulación también ha contribuido a los esfuerzos por desarrollar herramientas computacionales para la primera operación del ITER. el tokamak internacional en construcción en Francia para demostrar la practicidad de la energía de fusión.