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Un equipo internacional de investigadores dirigido por el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) ha actualizado un código informático clave para calcular las fuerzas que actúan sobre el plasma confinado magnéticamente en experimentos de energía de fusión. La actualización será parte de un conjunto de herramientas computacionales que permitirán a los científicos mejorar aún más el diseño de instalaciones con forma de buñuelo de desayuno conocidas como estelaradores. Juntos, los tres códigos de la suite podrían ayudar a los científicos a acercar los reactores de fusión eficientes a la realidad.
El software revisado permite a los investigadores determinar más fácilmente el límite del plasma en los esteladores. Cuando se usa junto con otros dos códigos, el código podría ayudar a encontrar una configuración de stellarator que mejore el rendimiento del diseño. Los dos códigos complementarios determinan la ubicación óptima para el plasma en una cámara de vacío de estelarizador para maximizar la eficiencia de las reacciones de fusión. y determinar la forma que deben tener los electroimanes externos para mantener el plasma en la posición adecuada.
El software revisado, llamado el "código de equilibrio de presión escalonada de límite libre (SPEC), "es una de las herramientas que los científicos pueden utilizar para modificar el rendimiento del plasma y crear más fácilmente energía de fusión". Queremos optimizar tanto la posición del plasma como las bobinas magnéticas para equilibrar la fuerza que hace que el plasma se expanda mientras se mantiene lugar, "dijo Stuart Hudson, físico, subdirector del Departamento de Teoría de PPPL y autor principal del artículo que informa los resultados en Física del plasma y fusión controlada .
"De esa manera podemos crear un plasma estable cuyas partículas tienen más probabilidades de fusionarse. El código SPEC actualizado nos permite saber dónde estará el plasma para un conjunto dado de bobinas magnéticas".
Fusion combina elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, y en el proceso genera cantidades masivas de energía en el sol y las estrellas. Los científicos buscan replicar la fusión en dispositivos en la Tierra para un suministro virtualmente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad.
La estabilidad del plasma es crucial para la fusión. Si el plasma rebota dentro de un estelarizador, puede escapar, frio, y apisonar las reacciones de fusión, en efecto, apagando el fuego de fusión. Una versión anterior del código, también desarrollado por Hudson, sólo podía calcular cómo las fuerzas estaban afectando a un plasma si los investigadores ya conocían la ubicación del plasma. Investigadores sin embargo, normalmente no tienen esa información. "Ese es uno de los problemas con los plasmas, "Dijo Hudson." Se mueven por todos lados ".
La nueva versión del código SPEC ayuda a resolver el problema al permitir a los investigadores calcular el límite del plasma sin conocer su posición de antemano. Utilizado en coordinación con un código de diseño de bobina llamado FOCUS y un código de optimización llamado STELLOPT, ambos también desarrollados en PPPL, SPEC permite a los físicos garantizar simultáneamente que el plasma tendrá el mejor rendimiento de fusión y que los imanes no serán demasiado complicados de construir. "No tiene sentido optimizar la forma del plasma y luego descubrir que los imanes serían increíblemente difíciles de construir, "Dijo Hudson.
Un desafío al que se enfrentaron Hudson y sus colegas fue verificar que cada paso de la actualización del código se realizó correctamente. Su enfoque lento y constante fue crucial para asegurarse de que el código realiza cálculos precisos. "Supongamos que está diseñando un componente que irá en un cohete a la luna, "Dijo Hudson." Es muy importante que esa parte funcione. Así que prueba y prueba y prueba ".
La actualización de cualquier código de computadora requiere una serie de pasos entrelazados:
Hudson y sus colegas realizaron los cálculos con métodos muy diferentes. Utilizaron lápiz y papel para determinar las ecuaciones y los pasos de la solución, y potentes ordenadores PPPL para verificar los resultados. "Demostramos que el código funciona, "Dijo Hudson." Ahora se puede utilizar para estudiar experimentos actuales y diseñar nuevos ".
