Edge -lokaliserade lägen, ELM för kort, är en av störningarna i plasmakapslingen som orsakas av växelverkan mellan de laddade plasmapartiklarna och den begränsande magnetfältburen. Under ELM -evenemang, kantplasma förlorar sin inneslutning under en kort tid och kastar regelbundet plasmapartiklar och energi utåt på kärlväggarna. Vanligtvis, en tiondel av det totala energiinnehållet kan därmed kastas ut plötsligt. Även om den nuvarande generationen av medelstora fusionsenheter klarar detta, stora enheter som ITER eller ett framtida kraftverk skulle inte klara denna belastning.

Experimentella metoder för att dämpa, undertrycka eller undvika ELM har redan framgångsrikt utvecklats i nuvarande fusionsenheter (se PI 3/2020). Efter omfattande tidigare arbete, det har nu varit möjligt för första gången med hjälp av beräkningssimuleringar att identifiera utlösaren som är ansvarig för den explosiva starten av dessa kantinstabiliteter och att rekonstruera loppet av flera ELM -cykler - i överensstämmelse med experimentellt observerade värden. En publikation accepterad i den vetenskapliga tidskriften Kärnfusion förklarar denna viktiga förutsättning för att förutsäga och undvika ELM -instabilitet i framtida fusionsenheter.

ELM -instabiliteten byggs upp efter en tyst fas på cirka 5 till 20 millisekunder - beroende på yttre förhållanden - tills på en halv millisekund mellan 5 och 15 procent av energin som lagras i plasma slungas på väggarna. Därefter återställs jämvikten tills nästa ELM -utbrott följer.

Plasmateoretikerna kring författaren Andres Cathey från IPP, som kommer från flera laboratorier inom det europeiska fusionsprogrammet EUROfusion, kunde beskriva och förklara de komplexa fysiska processerna bakom detta fenomen i detalj:som ett olinjärt samspel mellan destabiliserande effekter-den kraftiga ökningen av plasmatrycket vid plasmakanten och ökningen av strömtätheten-och det stabiliserande plasmaflödet. Om värmeeffekten som matas in i plasma ändras i simuleringen, det beräknade resultatet visar samma effekt på repetitionshastigheten för ELM:erna, dvs frekvensen, som en ökning av värmeeffekten i ett plasmaförsök på ASDEX Upgrade tokamak:experiment och simulering är överens.

Även om processerna sker på mycket kort tid, deras simulering kräver mycket datoransträngning. Detta beror på att simuleringen måste lösa upp i små beräkningssteg både den korta ELM -kraschen och den långa utvecklingsfasen mellan två ELM - ett beräkningsproblem som bara kunde lösas med en av de snabbaste superdatorer som för närvarande är tillgängliga.

För simuleringarna användes JOREK -koden, en olinjär kod för beräkning av tokamakplasma i realistisk geometri, som utvecklas i europeiskt och internationellt samarbete med starka bidrag från IPP.