Fusion kombinerar lätta element i form av plasma - "det heta, laddat tillstånd av materia som består av fria elektroner och atomkärnor - "för att generera enorma mängder energi. Ett av sätten som forskare hjälper till att värma plasman är genom att injicera strålar av energiska partiklar i tokamaks för att ge tillräckligt med energi för plasmapartiklar att övervinna ömsesidig repulsion och smälter samman. De injicerade partiklarna, dock, kan också producera vågor som får plasmaenergi att läcka ut ur magnetfälten som begränsar den, kyler plasmat och hjälper till att dämpa fusionsreaktionerna. Det är därför fördelaktigt för utvecklingen av fusionsenergi att undertrycka dessa vågor.

Forskare vid Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har utvecklat nya matematiska verktyg för att förutsäga när vågorna kommer att finnas och kan kyla plasman. Viktigt, de matematiska uttrycken förutspår att en andra stråle som injiceras i en annan vinkel än den ursprungliga strålen kommer att undertrycka den oönskade effekten av vågorna, tillhandahålla nya metoder för att upprätthålla plasmans inneslutning. En sådan andra stråle (Figur 1) har installerats på National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) vid PPPL.

PPPL-fysikerna körde detaljerade datorsimuleringar för att modellera experimenten där vågorna observerades. Resultaten överensstämde med data från experiment på föregångaren till NSTX-U.

"Dessa resultat förklarar inte bara observationer av vågorna i tidigare experiment, men ange också hur man undviker den negativa påverkan av vågorna med hjälp av olika blandningar av de två strålarna på NSTX-U som injicerar energiska partiklar i olika vinklar, " säger Jeff Lestz, en doktorand som arbetar med projektet på PPPL.

PPPL-forskare planerar nu att jämföra sina förutsägelser med andra fusionsexperiment på tokamak, såsom DIII-D National Fusion Facility, på vilka balkar är installerade i olika orienteringar och insprutningsvinklar. Utan denna detaljerade förståelse, forskare kan inte på ett tillförlitligt sätt förutsäga hur man effektivt värmer plasma, påverka utformningen av fusionsanläggningar och potentiellt begränsa fusionsprestanda i tokamak fusionsenheter.