Med hjälp av storskaliga datorsimuleringar, forskargruppen för plasmafysik och fusionsenergi vid institutionen för geo- och rymdvetenskap ger viktiga bidrag till Joint European Torus (JET), det största fusionsexperimentet som för närvarande är i drift. Simuleringarna ger information om plasmaturbulens och transport av plasma som skulle vara omöjligt eller för dyrt att studera experimentellt.

Gruppen Plasma Physics and Fusion Energy är involverad i flera internationella projekt med syfte att realisera fusion som energikälla. Forskningen sker främst i samarbete med Joint European Torus (JET), det största fusionsexperimentet som för närvarande är i drift, och är fokuserad på förberedelserna inför starten av den experimentella fusionsreaktorn ITER som byggs i Cadarache, Frankrike. Ett av de aktuella projekten är inriktat på att förstå hur vätekärnorna som deltar i fusionsreaktionen kan fyllas på genom injektion av vätepellets.

JET är unikt lämplig för studier av ITER-frågor på grund av sin storlek och eftersom den delar många egenskaper hos ITER-designen, såsom en metallisk (beryllium och volfram) vägg och tritiumkapacitet. Chalmers forskargrupp använder data från JET-experiment för att göra storskaliga datorsimuleringar av plasmaturbulensen och tillhörande transport av partiklar och energi.

"Dessa numeriska experiment låter oss studera turbulensen på en detaljnivå som inte är möjlig i själva experimentet. Vi tittar också på effekten av förändringar i plasmaparametrar som skulle vara omöjliga eller för dyra att studera experimentellt. Verktyget vi använder för detta är GENE-koden, en så kallad gyrokinetisk kod som utvecklar partikelfördelningsfunktionen i fem rymd- och hastighetsdimensioner, " förklarar Daniel Tegnered, Doktorand i gruppen Plasmafysik och fusionsenergi.

En av de avgörande frågorna för ITER är hur plasmatankningen ska uppnås. Partiklar av plasma kommer oundvikligen att gå förlorade, både till väggen, eftersom partikelinneslutningen inte kommer att vara perfekt, och även genom själva fusionsreaktionerna som förbrukar vätekärnor. Detta gör kontinuerlig tankning av plasman till en nödvändighet. För ITER, så kallad pelletstankning planeras, varvid pellets innehållande lämpliga väteisotoper injiceras med höga hastigheter i plasman. Dock, pelletsen kommer inte att kunna nå den centrala delen av plasman med de högsta densiteterna och temperaturerna innan de ableras. Detta kommer att störa plasmans temperatur- och densitetsprofiler, orsakar en "bula" i plasmadensiteten som visas på bilden. Dessa partiklar måste sedan transporteras inåt genom diffusion och konvektion orsakad av turbulensen.

"Våra simuleringar av pelletsdrivna JET-utsläpp har visat att turbulensen under vissa förhållanden kan stabiliseras i denna region på grund av "bulten" i densitet och temperatur, säger Daniel Tegnered.

Ytterligare simuleringar av förhållanden mer lika ITER har också visat att ett högre förhållande mellan plasmatryck och magnetiskt tryck, en parameter som är viktig för framtida fusionsreaktorers ekonomiska livskraft, tjänar också till att stabilisera turbulensen i denna region. Detta minskar i sin tur det inåtriktade partikelflödet, potentiellt göra pelletsbränslen mindre effektiv. Ytterligare analys och simuleringar av ITER-liknande JET-urladdningar kommer att vara avgörande för en framgångsrik utveckling av plasmascenarier för ITER.