Ett sätt som forskare försöker få till jorden fusionsprocessen som driver solen och stjärnorna är att fånga heta, laddad plasmagas i en vridande magnetisk spole -enhet formad som en frukostkrullare. Men enheten, kallade en stjärna, måste vara exakt konstruerad för att förhindra att värme släpper ut plasmakärnan där den tänder fusionsreaktionerna. Nu, forskare vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har visat att en avancerad datorkod kan hjälpa till att designa stellaratorer som begränsar den väsentliga värmen mer effektivt.

Koden, kallas XGC-S, öppnar nya dörrar inom stellatorforskning. "Huvudresultatet av vår forskning är att vi kan använda koden för att simulera både tidigt, eller linjär, och turbulent plasmabeteende hos stellaratorer, "sa PPPL -fysikern Michael Cole, huvudförfattare till tidningen som rapporterar resultaten i Plasmas fysik . "Detta innebär att vi kan börja bestämma vilken stellaratorform som innehåller värme bäst och bäst upprätthåller smältförhållanden."

Fusion kombinerar ljuselement i form av plasma - det heta, materiens laddade tillstånd består av fria elektroner och atomkärnor - och genererar massiva mängder energi i solen och stjärnorna. Forskare syftar till att replikera fusion i enheter på jorden för en praktiskt taget outtömlig tillförsel av säker och ren ström för att generera el.

PPPL -forskarna simulerade beteendet hos plasma inuti fusionsmaskiner som ser ut som en munk men med nypor och deformationer som gör enheten mer effektiv, en form som kallas kvasi-axelsymmetrisk. Forskarna använde en uppdaterad version av XGC, en toppmodern kod utvecklad på PPPL för modellering av turbulens i munkformade fusionsanläggningar som kallas tokamaks, som har en enklare geometri. Modifieringarna av Cole och hans kollegor gjorde att den nya XGC-S-koden även kan modellera plasma i de geometriskt mer komplicerade stellaratorerna.

Simuleringarna visade att en typ av störning begränsad till ett litet område kan bli komplex och expandera för att fylla ett större utrymme i plasma. Resultaten visade att XGC-S kunde simulera denna typ av stellaratorplasma mer exakt än vad som tidigare var möjligt.

"Jag tror att detta är början på en riktigt viktig utveckling i studien av turbulens hos stellaratorer, "sa David Gates, chef för avdelningen för avancerade projekt på PPPL. "Det öppnar ett stort fönster för att få nya resultat."

Fynden visar den framgångsrika modifieringen av XGC -koden för att simulera turbulens hos stellaratorer. Koden kan beräkna turbulensen i stellaratorer hela vägen från plasmakärnan till kanten, ger en mer fullständig bild av plasmans beteende.

"Turbulens är en av de primära mekanismerna som gör att värme läcker ut från fusionsplasma, "Cole sa." Eftersom stellaratorer kan byggas i en större variation av former än tokamaker, vi kanske kan hitta former som styr turbulens bättre än tokamaker gör. Att söka efter dem genom att bygga massor av stora experiment är för dyrt, så vi behöver stora simuleringar för att söka efter dem virtuellt. "

Forskarna planerar att modifiera XGC-S ytterligare för att få en ännu tydligare bild av hur turbulens orsakar värmeläckage. Ju mer fullständig bild, ju närmare forskare kommer att simulera stellarator -experiment i det virtuella området. "När du har en korrekt kod och en kraftfull dator, det är enkelt att ändra den stjärndesign du simulerar, Sa Cole.