En datorkod som används av fysiker runt om i världen för att analysera och förutsäga tokamak-experiment kan nu approximera beteendet hos mycket energiska atomkärnor, eller joner, i fusionsplasma mer exakt än någonsin. Den nya förmågan, utvecklad av fysikern Mario Podestà vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), utrustar koden som kallas TRANSP med ett underprogram som simulerar rörelsen som leder till förlusten av energiska joner orsakade av instabiliteter i plasman som driver fusionsreaktioner. Koden, vars namn kommer från termen "transport, " är inhyst på PPPL.

Podestà modellerade de mycket energiska joner som används för att värma plasman. Dessa partiklar, som fysiker injicerar som neutrala atomer, joniseras inuti plasman och ökar dess termiska energi. Modellen skulle också kunna tillämpas på fusionsgenererade energipartiklar i framtida tokamaks.

Fysiker måste förutsäga och minimera förlusten av dessa joner från plasman i munkformade anläggningar som kallas tokamaks för att uppnå en hög prestandanivå. Plötslig förlust kan stoppa fusionsreaktioner och skada plasmavända komponenter. Att förutsäga och kontrollera värmeförlust kommer att vara avgörande för ITER, den internationella tokamak under uppbyggnad i Frankrike, där temperaturen ska nå 150 miljoner grader Celsius, eller 10 gånger värmen i solens kärna.

Podestàs resultat bygger på forskning han utförde 2015. "Det ursprungliga arbetet med min modell fokuserade på att reproducera, modellering, och tolka resultat från befintliga experiment, " sade han. "Detta nya arbete undersöker möjligheten att använda samma modell för att förutsäga energisk partikeltransport i framtida experiment."

Revisionen, rapporterade i juli i tidningen Plasmafysik och kontrollerad fusion , använder ett underprogram som kallas "kick-modell" för att simulera rörelsen av snabba joner orsakade av instabilitet i plasman. Kickmodellen fångar bara den minsta mängd fysik som krävs för att simulera detta specifika fenomen.

Underprogrammet gör det möjligt att slutföra beräkningar på några timmar, snarare än veckor eller månader. Att använda kickmodellen innebär att offra viss noggrannhet, men det gör att forskare kan få resultat snabbare. "Det är avvägningen, " sade Podestà. Stöd för denna forskning kommer från DOE:s Office of Science (Fusion Energy Sciences).

Podestà testade sin modifierade version genom att jämföra den med data som producerats av PPPL:s National Spherical Torus Experiment (NSTX) före uppgraderingen. Den modifierade koden förutspådde nivåer av energisk partikeltransport som överensstämde med NSTX-experimenten.

Det nya tillvägagångssättet föreslår att med ytterligare ändringar, sådana prognoser kan göras mer tillförlitliga med bara en begränsad ökning av beräkningstiden. "Frågan innan denna forskning var om vi kan förutsäga vad som kommer att hända i framtida experiment, med ett minimum av förhandsinformation, " sade Podestà. "Det verkar nu som att vi kan, och dessa gynnsamma resultat motiverar ytterligare förbättringar av modellen."