Para fusionar los átomos de hidrógeno en helio, los dispositivos con forma de rosquilla llamados tokamaks deben mantener el calor del plasma ultracaliente que controlan. Pero al igual que el agua hirviendo, el plasma tiene burbujas o burbujas que se filtran dentro del borde del plasma, reduciendo el rendimiento del plasma.plasma al eliminar el calor que sostiene las reacciones de fusión.
Ahora, los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han completado nuevas simulaciones que podrían proporcionar información sobre cómo se comportan las gotas en el borde del plasma. Las simulaciones, producidas por un código llamado XGC1 desarrollado por unEl equipo nacional con sede en PPPL realizó simulaciones cinéticas de dos regiones diferentes del borde del plasma simultáneamente. Esta capacidad produce una imagen más fundamental y completa de cómo el calor se mueve del plasma a las paredes, lo que puede causar daños.
"En las simulaciones, a menudo separamos dos áreas en el borde del plasma conocidas como el pedestal y la capa de raspado y nos enfocamos en una u otra", dijo el físico de PPPL Michael Churchill, autor principal de un artículo que describe los resultados en eldiario Física del plasma y fusión controlada . "XGC1 es único porque es capaz de simular ambas regiones simultáneamente, utilizando ecuaciones cinéticas de iones y electrones. De hecho, es importante incluir ambas regiones en las simulaciones porque se afectan entre sí"
Las simulaciones permiten a los científicos explorar el plasma, el cuarto y más caliente estado de la materia en el que los electrones se separan de los núcleos atómicos, sin realizar experimentos físicos que podrían ser costosos. A veces también proporcionan información que los experimentos físicos no hacen. Simulaciones de turbulencias en elEl borde del plasma, cerca de donde el plasma se acerca a la pared interior de un tokamak, es particularmente importante: cuanto más entiendan los científicos esa turbulencia, más capaces estarán de evitar que se formen gotas de plasma en movimiento en el borde del plasma. Si no se controla,estas gotas podrían drenar grandes cantidades de calor del plasma confinado y posiblemente dañar los componentes que se enfrentan al plasma u obstaculizar las reacciones de fusión.
El código XGC1 simuló plasma en modo de alto confinamiento, o modo H, un conjunto de condiciones que ayuda al plasma a retener su calor. En el modo H, los resultados mostraron que se forma una gran cantidad de gotas entre el pedestal y el raspadofuera de la capa, dos condiciones cerca del borde, y moverse hacia el borde exterior, cruzando las líneas del campo magnético a medida que avanzan.
Los blobs juegan un papel importante en el movimiento hacia afuera de las partículas en el plasma. Los blobs causan aproximadamente el 50 por ciento de la pérdida de partículas en el borde del plasma, y los investigadores han observado blobs en una amplia gama de dispositivos de plasma, incluidos tokamaks, figura ocho.dispositivos de fusión en forma conocidos como estellaradores y máquinas lineales. "El panorama general es que las burbujas pueden extraer energía y partículas del plasma, y no quieres eso", dijo Churchill. "Quieres mantener las cosas confinadas".
Los científicos realizaron la simulación en la supercomputadora más rápida de Estados Unidos, llamada Titán, en la Instalación de Computación de Liderazgo de Oak Ridge, una Instalación de Usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE en Oak Ridge, Tennessee. Gran parte del análisis posterior a la simulación se realizó en el National Energy Research ScientificComputing Center NERSC, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California. Física del plasma y fusión controlada el trabajo incluyó a los físicos de PPPL CS Chang, Seung-Hoe Ku y Julien Dominski.
La investigación futura se centrará en cómo se forman las burbujas y cómo su comportamiento se ve afectado por la forma del tokamak. Los científicos también deben determinar por completo cómo la densidad, la temperatura y la fuerza electromagnética afectan el comportamiento de las burbujas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por Raphael Rosen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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