För att smälta väteatomer till helium, munkformade enheter som kallas tokamaks måste behålla värmen i den ultrahota plasma som de kontrollerar. Men som kokande vatten, plasma har klumpar, eller bubblor, som tränger in i plasmakanten, minska plasmans prestanda genom att ta bort värme som upprätthåller fusionsreaktionerna.

Nu, forskare vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har genomfört nya simuleringar som kan ge insikt i hur klumpar vid plasmakanten beter sig. Simuleringarna, producerad av en kod som heter XGC1 utvecklad av ett landslag baserat på PPPL, utförde kinetiska simuleringar av två olika regioner av plasmakanten samtidigt. Denna förmåga ger en mer grundläggande och fylligare bild av hur värme rör sig från plasma till väggarna, kan orsaka skada.

"I simuleringar, vi skiljer ofta två områden vid plasmakanten som kallas piedestal och avskrapningsskiktet och fokuserar på det ena eller det andra, "sa PPPL -fysikern Michael Churchill, huvudförfattare till ett papper som beskriver resultaten i tidningen Plasmafysik och kontrollerad fusion . "XGC1 är unikt eftersom det kan simulera båda regionerna samtidigt, med hjälp av kinetiska jon- och elektronekvationer. Faktiskt, Det är viktigt att inkludera båda regionerna i simuleringar eftersom de påverkar varandra. "

Simuleringar gör det möjligt för forskare att utforska plasma, materiens fjärde och hetaste tillstånd där elektroner separeras från atomkärnor, utan att köra fysiska experiment som kan bli kostsamma. De ger också ibland insikter som fysiska experiment inte gör. Simuleringar av turbulens vid kanten av plasma, nära där plasma närmar sig en tokamaks innervägg, är särskilt viktiga. Ju mer forskare förstår sådan turbulens, desto bättre kan de förhindra att rörliga fläckar av plasma bildas i plasmakanten. Om den inte kontrolleras, dessa klumpar kan tömma stora mängder värme från den begränsade plasman, och möjligen antingen skada plasmavända komponenter eller hindra fusionsreaktionerna.

XGC1-koden simulerade plasma i högbegränsat läge, eller H-läge, en uppsättning förhållanden som hjälper plasma att behålla sin värme. I H-läge, resultaten visade, ett stort antal klumpar bildas mellan sockeln och avskrapningsskiktet, två förhållanden nära kanten, och gå mot ytterkanten, korsar magnetfältlinjerna när de går.

Blobbar spelar en viktig roll i den yttre rörelsen av partiklar i plasma. Klossar orsakar cirka 50 procent av partikelförlusten vid plasmakanten, och forskare har observerat fläckar i ett brett spektrum av plasmaprodukter, inklusive tokamaks, åtta-formade fusionsanordningar som kallas stellaratorer, och linjära maskiner. "Den stora bilden är att klossar kan dra energi och partiklar ur plasma, och du vill inte det, "Sa Churchill." Du vill hålla saker instängda. "