Fusion combina elementos ligeros en forma de plasma:"el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos:"para generar cantidades masivas de energía. Una de las formas en que los científicos ayudan a calentar el plasma es inyectando haces de partículas energéticas en tokamaks para proporcionar suficiente energía para que las partículas de plasma superen la repulsión mutua y fusionarse. Las partículas inyectadas, sin embargo, también puede producir ondas que hacen que la energía del plasma se escape de los campos magnéticos que la confinan, enfriando el plasma y ayudando a apagar las reacciones de fusión. Por tanto, es beneficioso para el desarrollo de la energía de fusión suprimir estas ondas.

Los investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) han desarrollado nuevas herramientas matemáticas para pronosticar cuándo estarán presentes las ondas y podrían enfriar el plasma. En tono rimbombante, las expresiones matemáticas predicen que un segundo rayo inyectado en un ángulo diferente del rayo original suprimirá el efecto no deseado de las ondas, proporcionando nuevos métodos para mantener el confinamiento del plasma. Este segundo rayo (Figura 1) se ha instalado en el Experimento-Actualización del Toro Esférico Nacional (NSTX-U) en PPPL.

Los físicos de PPPL realizaron simulaciones por computadora detalladas para modelar los experimentos en los que se observaron las ondas. Los resultados coincidieron con los datos de los experimentos del predecesor del NSTX-U.

"Estos resultados no solo explican las observaciones de las ondas en experimentos pasados, pero también indicar cómo evitar el impacto negativo de las ondas utilizando diferentes mezclas de los dos haces en NSTX-U que inyectan partículas energéticas en diferentes ángulos, "dice Jeff Lestz, un estudiante de posgrado que trabaja en el proyecto en PPPL.

Los científicos de PPPL ahora planean comparar sus predicciones con otros experimentos de fusión en tokamaks como la Instalación Nacional de Fusión DIII-D, sobre las que se instalan vigas en diferentes orientaciones y ángulos de inyección. Sin esta comprensión detallada, los científicos no pueden predecir de manera confiable cómo calentar el plasma de manera efectiva, afectando el diseño de las instalaciones de fusión y potencialmente limitando el rendimiento de la fusión en los dispositivos de fusión de tokamak.