Fysiker vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har upptäckt värdefull information om hur elektriskt laddad gas som kallas "plasma" flödar vid kanten inuti munkformade fusionsanordningar som kallas "tokamaks". Resultaten markerar ett uppmuntrande tecken för utveckling av maskiner för att producera fusionsenergi för att generera el utan att skapa långsiktigt farligt avfall.

Resultatet bekräftar delvis tidigare PPPL -fynd att bredden på värmeutloppet som produceras av fusionsreaktioner kan vara sex gånger bredare, och därför mindre smal, koncentrerad, och skadligt, än man hade trott. "Dessa fynd är goda nyheter för ITER, "sa PPPL -fysikern C.S. Chang, huvudförfattare till en beskrivning av forskningen i Plasmas fysik , med hänvisning till det internationella fusionsförsöket under uppbyggnad i Frankrike. "Fynden visar att värmeutblåset i ITER kommer att ha en mindre chans att skada maskinen, "Sa Chang.

Fusion, kraften som driver solen och stjärnorna, är sammansmältning av ljuselement i form av plasma - det heta, materiens laddade tillstånd består av fria elektroner och atomkärnor - som producerar energi. Forskare runt om i världen försöker replikera fusion på jorden för en praktiskt taget outtömlig strömförsörjning för att generera el.

Superhotplasma inom tokamaks, som kan nå hundratals miljoner grader, begränsas av magnetfält som håller plasma från maskinernas väggar. Dock, partiklar och värme kan fly från inneslutningsfälten vid "magnetiska separatrixen" - gränsen mellan de magnetiskt begränsade och obegränsade plasmaerna. Vid denna gräns, fältlinjerna korsar vid den så kallade X-punkten, platsen där spillvärmen och partiklarna flyr och träffar ett mål som kallas "avledarplattan".

De nya fynden avslöjar den överraskande effekten av X-punkten på avgaserna genom att visa att en kulliknande stöt av elektrisk laddning uppstår vid X-punkten. Denna elektriska kulle får plasma att cirkulera runt den, förhindrar plasmapartiklar från att färdas mellan uppströms- och nedströmsområdena av fältlinjerna i en rak bana. Istället, som bilar som manövrerar runt en byggarbetsplats, de laddade plasmapartiklarna tar en omväg runt kullen.

Forskarna tog fram dessa fynd med XGC, en avancerad datorkod utvecklad med externa samarbetspartners på PPPL som modellerar plasma som en samling av enskilda partiklar snarare än som en enda vätska. Modellen, som visade att anslutningen mellan uppströms plasma belägen ovanför X-punkten och nedströms plasma under X-punkten bildades på ett sätt som inte förutses av enklare koder, kan leda till mer exakta förutsägelser om avgaserna och göra framtida storskaliga anläggningar mindre sårbara för inre skador.

"Detta resultat visar att den tidigare modellen av fältlinjer som innefattar flödesrör är ofullständig, "sade Chang - med hänvisning till de rörformiga områdena som omger regioner av magnetiskt flöde -" och att den nuvarande förståelsen av interaktionen mellan uppströms och nedströms plasma inte är korrekt. Vårt nästa steg är att räkna ut ett mer exakt förhållande mellan uppströms och nedströms plasma med hjälp av en kod som vår. Den kunskapen hjälper oss att utveckla mer exakta ekvationer och förbättrade reducerade modeller, som faktiskt redan pågår."