Una forma en que los científicos buscan llevar a la Tierra el proceso de fusión que impulsa al sol y las estrellas es atrapar el calor, gas de plasma cargado dentro de un dispositivo de bobina magnética giratoria con forma de buñuelo de desayuno. Pero el dispositivo llamado stellarator, debe estar diseñado con precisión para evitar que el calor se escape del núcleo de plasma donde aviva las reacciones de fusión. Ahora, Los investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han demostrado que un código informático avanzado podría ayudar a diseñar estelaradores que confinen el calor esencial de manera más eficaz.

El código, llamado XGC-S, abre nuevas puertas en la investigación de stellarator. "El resultado principal de nuestra investigación es que podemos usar el código para simular tanto las primeras como las o lineal, y comportamiento del plasma turbulento en estelaradores, "dijo el físico de PPPL Michael Cole, autor principal del artículo que informa los resultados en Física de Plasmas . "Esto significa que podemos comenzar a determinar qué forma de estelarizador contiene mejor calor y mantiene las condiciones para la fusión de manera más eficiente".

Fusion combina elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, y genera cantidades masivas de energía en el sol y las estrellas. Los científicos apuntan a replicar la fusión en dispositivos en la Tierra para un suministro virtualmente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad.

Los científicos de PPPL simularon el comportamiento del plasma dentro de máquinas de fusión que parecen una dona pero con pellizcos y deformaciones que hacen que el dispositivo sea más eficiente. una especie de forma conocida como cuasi-axisimétrica. Los investigadores utilizaron una versión actualizada de XGC, un código de última generación desarrollado en PPPL para modelar turbulencias en instalaciones de fusión en forma de rosquilla llamadas tokamaks, que tienen una geometría más simple. Las modificaciones de Cole y sus colegas permitieron que el nuevo código XGC-S también modelara plasmas en los estelaradores geométricamente más complicados.

Las simulaciones mostraron que un tipo de perturbación limitada a un área pequeña puede volverse compleja y expandirse para llenar un espacio más grande dentro del plasma. Los resultados mostraron que XGC-S podría simular este tipo de plasma estelarizador con mayor precisión de lo que era posible anteriormente.

"Creo que este es el comienzo de un desarrollo realmente importante en el estudio de las turbulencias en los esteladores, "dijo David Gates, jefe del Departamento de Proyectos Avanzados de PPPL. "Abre una gran ventana para obtener nuevos resultados".

Los hallazgos demuestran la modificación exitosa del código XGC para simular turbulencias en estelarizadores. El código puede calcular la turbulencia en estelarizadores desde el núcleo de plasma hasta el borde, proporcionando una imagen más completa del comportamiento del plasma.

"La turbulencia es uno de los principales mecanismos que hacen que el calor se escape de los plasmas de fusión, "Dijo Cole." Debido a que los stellarators se pueden construir en una mayor variedad de formas que los tokamaks, es posible que podamos encontrar formas que controlen la turbulencia mejor que los tokamaks. Buscarlos mediante la creación de muchos experimentos grandes es demasiado caro, por lo que necesitamos grandes simulaciones para buscarlos virtualmente ".

Los investigadores planean modificar aún más XGC-S para producir una visión aún más clara de cómo la turbulencia provoca la fuga de calor. Cuanto más completa sea una imagen, cuanto más se acerquen los científicos a la simulación de experimentos con estelarizadores en el ámbito virtual. "Una vez que tenga un código preciso y una computadora potente, cambiar el diseño del stellarator que estás simulando es fácil, "Dijo Cole.