Tokamak är en experimentell kammare som rymmer en gas av energiladdade partiklar, plasma, för utveckling av energiproduktion från kärnfusion. De flesta stora tokamaker skapar plasma med solenoider - stora magnetiska spolar som slingrar ner i mitten av kärlen och injicerar strömmen som startar plasma och fullbordar magnetfältet som håller superhotgasen på plats. Men framtida tokamaker måste klara sig utan solenoider, som går i korta pulser snarare än i veckor eller månader åt gången som kommersiella fusionskraftverk kommer att behöva göra.

Nya datasimuleringar har föreslagit en ny metod för att starta plasma utan att använda solenoider. Simuleringsmodelleringen visar bildandet av distinkta, strömförande magnetiska strukturer kallade plasmoider som kan initiera plasma och slutföra det komplexa magnetfältet.

Allt börjar med magnetfältlinjer, eller slingor, som stiger genom en öppning i golvet på tokamaken. När fältlinjerna elektriskt tvingas expandera in i kärlet, ett tunt lager, eller ark, av elektrisk ström kan bildas. Genom en process som kallas magnetisk återanslutning, arket kan gå sönder och bilda en serie ringformade plasmoider som är den magnetiska ekvivalenten till bubbelringarna som skapas av delfiner.

De beräknat beräknade plasmoiderna har bekräftats med snabbkamerabilder inuti National Spherical Torus Experiment (NSTX), den stora fusionsanläggningen vid U.S. Department of Energy's Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL); anläggningen har sedan uppgraderats. Plasmoiderna smälter samman och bildar en stor ring med upp till 400, 000 ampere ström, skapa en plasma-startfas inuti tokamaken.

Denna avancerade modellering av plasmoider ledde också till ett annat stort fynd:de förhållanden under vilka en stor volym av fältlinjestängning och maximal startström kan uppnås genom uppgraderingen av National Spherical Torus Experiment (NSTX-U).

Plasmoidliknande strukturer observeras också i naturen som under utbrott av solhändelser. Den globala plasmoidbildningen som observerats i tokamaken kastar nytt ljus över den magnetiska återanslutningsprocessen och utlösningsmekanismen för solfacklor. Dessa fynd avslöjar också att samma plasmoidmedierade återanslutning som sker i rymden har en ledande roll att spela när det gäller att stänga magnetfältlinjer och starta plasma i NSTX-U.