Subatomiska partiklar glider runt ringformade fusionsmaskiner som kallas tokamaks och går ibland samman, släpper ut stora mängder energi. Men dessa partiklar - en soppa av laddade elektroner och atomkärnor, eller joner, kollektivt kallat plasma - kan ibland läcka ut från de magnetiska fälten som begränsar dem inuti tokamaker. Läckaget kyler plasma, minska fusionsreaktionernas effektivitet och skada maskinen. Nu, fysiker har bekräftat att en uppdaterad datorkod kan hjälpa till att förutsäga och slutligen förhindra att sådana läckor inträffar.

Forskargruppen uppdaterade TRANSP, plasmasimuleringskoden utvecklad vid U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och används i fusionsforskningscentra runt om i världen, genom att installera en ny kodbit som kallas en kickmodell i en av TRANSP -komponenterna. Kickmodellen - så kallad för att den simulerar energiskott som sparkar partiklarna i plasma - gör att TRANSP kan simulera partikelbeteende mer exakt än tidigare. Med hjälp av underprogram som kallas NUBEAM och ORBIT som modellerar plasmabeteende genom att destillera information från rådata, denna uppdaterade version av TRANSP kan hjälpa fysiker att bättre förstå och förutsäga läckorna, samt skapa tekniska lösningar för att minimera dem.

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 genererar enorma mängder energi. Forskare försöker replikera fusion på jorden för en praktiskt taget outtömlig strömförsörjning för att generera el.

Teamet fann att den uppdaterade versionen av TRANSP exakt modellerade effekten av sågtandens instabilitet - en sorts störning som påverkar fusionsreaktionerna - på rörelsen av mycket energiska partiklar som hjälper till att orsaka fusionsreaktioner. "Dessa resultat är viktiga eftersom de kan tillåta fysiker att använda samma tillvägagångssätt för att hantera ett brett spektrum av instabilitet utan att byta från en modell till en annan beroende på det specifika problemet, "sa PPPL -fysikern Mario Podestà, en medförfattare av tidningen som rapporterade fynden i Kärnfusion . Resultaten, baserat på instabila sågtänder som uppstod under driften av PPPL:s National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) 2016, utöka tidigare PPPL -forskning om att sätta kickmodeller i TRANSP.

Den uppdaterade versionen av TRANSP kan simulera plasmabeteende hos experiment som ännu inte har utförts, Sa Podestà. "Eftersom vi förstår fysiken inbyggd i sparkmodellen, och eftersom den modellen framgångsrikt simulerade resultat från tidigare experiment som vi har data för, vi har förtroende för att sparkmodellen exakt kan modellera framtida experiment, " han sa.

I framtiden, forskarna vill avgöra vad som händer mellan instabilitet för att få en mer fullständig känsla av vad som händer i plasma. Sålänge, Podestà och de andra forskarna uppmuntras av de nuvarande resultaten. "Vi ser nu en väg framåt för att förbättra sätten att simulera vissa mekanismer som stör plasmapartiklar, "Podestà sa." Detta för oss närmare tillförlitliga och kvantitativa förutsägelser för framtida fusionsreaktors prestanda. "