Investigadores de la Instalación Nacional de Fusión DIII-D, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE operada por General Atomics, utilizaron un modelo de fluido de "física reducida" de turbulencia de plasma para explicar propiedades inesperadas del perfil de densidad dentro de un experimento de tokamak.El comportamiento turbulento podría ayudar a los científicos a optimizar el rendimiento de tokamak en futuros reactores de fusión como ITER.
La aplicación de calor en un tokamak produce muchos fenómenos interesantes, como cambios en la rotación y densidad del plasma. Los investigadores de DIII-D modelaron cómo diferentes tipos de calentamiento, como las microondas que producen calentamiento de electrones o haces neutrales que producen calentamiento de iones, influyen en la densidad del plasma,comportamiento de las impurezas y el transporte turbulento. Los diferentes métodos de calentamiento impulsan la turbulencia a escalas largas iones y escalas mucho más cortas electrón que están en la frontera de las simulaciones por computadora de turbulencias.
Sus hallazgos, reportados esta semana en Física de plasma , de AIP Publishing, mostró que el calentamiento de los electrones en un reactor de fusión causaba cambios importantes en los gradientes de densidad dentro del plasma. Su modelo de "fluido giroscópico Landau atrapado" TGLF predijo que agregar turbulencia excitada por el calor, en longitudes de onda entre el iony escalas de electrones, y produciría una pizca de partículas que modifica el perfil de densidad general del plasma. Además, en este artículo, los investigadores utilizaron su modelo de transporte reducido para predecir el transporte de impurezas en un reactor de fusión.
Brian Grierson, físico del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton que trabaja como investigador en la Instalación Nacional de Fusión DIII-D en San Diego, dijo que "cuando calienta el plasma, no solo cambia la temperatura, cambia el tipo deturbulencia que existe y que tiene implicaciones secundarias en el transporte de la densidad plasmática y la rotación plasmática ".
Generalmente, el calor que fluye desde el centro de plasma caliente al borde de plasma frío impulsa la difusión turbulenta, lo que debería actuar para aplanar el gradiente de densidad ". Pero lo fascinante es que a veces la aplicación de calor en un reactor de fusión hace que produzca un gradiente de densidaden lugar de aplanarlo ", dijo Grierson. Este pico de densidad es significativo porque la reacción de fusión entre el deuterio y las partículas de tritio en un tokamak aumenta a medida que aumenta la densidad del plasma. En otras palabras, dijo," el poder de fusión es proporcional a la [plasma] densidad al cuadrado "
Grierson acredita a Gary Staebler, coautor del artículo, como el teórico de General Atomics detrás de TGLF, el modelo probado en este documento. TGLF es un modelo de física reducida del código girocinético de "física completa" GYRO para el transporte turbulento, quedebe ejecutarse en supercomputadoras. Usando este modelo TGLF más rentable, los investigadores pudieron ejecutar el código con varias mediciones experimentales e ingresar cientos de veces para cuantificar cómo las incertidumbres en los datos experimentales afectan la interpretación teórica.
En adelante, Grierson espera que estos hallazgos ayuden a informar la investigación para avanzar en la comprensión de la comunidad de fusión de fluctuaciones extremadamente pequeñas y transporte de impurezas dentro de un plasma.
"Necesitamos entender el transporte bajo calentamiento de iones y electrones para proyectar con confianza a futuros reactores, porque los reactores de potencia de fusión tendrán tanto calentamiento de iones como de electrones", dijo Grierson. "Este resultado identifica lo que necesitamos investigar con el desafío computacionalmente completosimulaciones físicas para verificar la interacción del transporte de partículas, momento e impurezas con el calentamiento ".
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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