Plötsliga värmeutbrott som kan skada innerväggarna i tokamakfusionsexperiment är ett hinder som operatörerna av anläggningarna måste övervinna. Sådana utbrott, kallas "edge localized modes (ELMs), " förekommer i munkformade tokamakanordningar som inrymmer de heta, laddad plasma som används för att replikera på jorden kraften som driver solen och andra stjärnor. Nu har forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) direkt observerat en möjlig och tidigare okänd process som kan utlösa skadliga ELM.

Arbetar tillsammans, fysiker Ahmed Diallo, en experimentalist, och Julien Dominski, en teoretiker, samlade ihop data från DIII-D National Fusion Facility som General Atomics driver för DOE i San Diego, för att avslöja en trigger för en viss typ av ELM som inte passar in i nuvarande modeller av ELM-plasmadestabilisering. Deras resultat kan belysa de olika mekanismer som leder till uppkomsten av ELM och kan bredda portföljen av ELM-undertryckande verktyg. Att förstå ELM-fysik är avgörande för att utveckla fusionsanläggningar som kan smälta samman lätta element i form av plasma – materiens tillstånd som består av fria elektroner och atomkärnor – för att producera en praktiskt taget outtömlig energiförsörjning för att generera elektricitet.

Förbryllande data

De nya observationerna, redovisas i Fysiska granskningsbrev , började som ett försök att reda ut förbryllande data som upptäckts av sonder av magnetfälts- och plasmadensitetsfluktuationer under DIII-D-experiment. Data visade utbrottet av ELM efter perioder av ovanlig vila. "Det här var specialfall som inte följde en standardmodell, " sa Diallo. "Vi började gräva i det här tillsammans, "Sa Dominski. "Det var ett mycket intressant samarbete."

Under ungefär sex månaders gemensam forskning, fysikerna avslöjade tidigare osynliga korrelationer av fluktuationer i DIII-D-experimenten. Dessa korrelationer avslöjade bildandet av två lägen - eller vågor - vid kanten av plasman som kopplade ihop för att generera ett tredje läge. Nykomlingen rörde sig sedan mot tokamak-väggen - skapade en radiell förvrängning i tekniska termer - som utlöste skurar av lågfrekventa ELM:er.

ELM:erna var en typ som också sågs på Joint European Torus (JET) i Storbritannien, ASDEX-uppgraderingen i Tyskland och andra fusionsenheter efter perioder av vila. I princip, resultaten kan också gälla system som solflammor och geomagnetiska stormar som plötsligt släpps lös, enligt tidningen.

Att öppna en dörr

Medan resultaten öppnar en dörr för en metod för att utlösa ELM, de förklarar inte hela processen. De två fysikerna försöker alltså analysera fler datamängder. "Om vi ​​till fullo kan förstå hur utlösningen fungerar kan vi blockera och vända den, " sa Diallo.