Ser tydeligt:​​Revideret computerkode modellerer nøjagtigt en ustabilitet i fusionsplasmaer

Subatomiske partikler lynes rundt om ringformede fusionsmaskiner kendt som tokamaks og smelter undertiden sammen, frigiver store mængder energi. Men disse partikler - en suppe af ladede elektroner og atomkerner, eller ioner, kollektivt kendt som plasma - kan nogle gange lække ud af de magnetiske felter, der begrænser dem inde i tokamaks. Lækagen afkøler plasmaet, reducere effektiviteten af ​​fusionsreaktionerne og beskadige maskinen. Nu, fysikere har bekræftet, at en opdateret computerkode kan hjælpe med at forudsige og i sidste ende forhindre sådanne lækager.

Forskergruppen opdaterede TRANSP, plasmasimuleringskoden udviklet ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) og brugt i fusionsforskningscentre rundt om i verden, ved at installere en ny bit kode kendt som en kick -model i en af ​​TRANSP -komponenterne. Sparkmodellen - såkaldt fordi den simulerer energirystelser, der sparker partiklerne i plasmaet - gør det muligt for TRANSP at simulere partikeladfærd mere præcist end før. Hjælpet af underprogrammer kendt som NUBEAM og ORBIT, der modellerer plasmeadfærd ved at destillere information fra rådata, denne opdaterede version af TRANSP kunne hjælpe fysikere med bedre at forstå og forudsige lækagerne, samt oprette tekniske løsninger for at minimere dem.

Fusion, den kraft, der driver solen og stjernerne, er sammensmeltning af lette elementer i form af plasma - det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner - der genererer enorme mængder energi. Forskere søger at kopiere fusion på Jorden for en praktisk talt uudtømmelig strømforsyning til elektricitet.

Teamet fandt ud af, at den opdaterede version af TRANSP præcist modellerede effekten af ​​savtandens ustabilitet - en slags forstyrrelse, der påvirker fusionsreaktionerne - på bevægelsen af ​​stærkt energiske partikler, der hjælper med at forårsage fusionsreaktioner. "Disse resultater er vigtige, fordi de kan tillade fysikere at bruge den samme tilgang til at håndtere et bredt spektrum af ustabilitet uden at skifte fra en model til en anden afhængigt af det specifikke problem, "sagde PPPL -fysikeren Mario Podestà, en medforfatter af papiret, der rapporterede resultaterne i Kernefusion . Resultaterne, baseret på savtandsstabilitet, der opstod under driften af ​​PPPL's ​​National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) i 2016, udvide tidligere PPPL -forskning i at sætte sparkmodeller ind i TRANSP.

Den opdaterede version af TRANSP kan simulere plasmaadfærd af eksperimenter, der endnu ikke er blevet udført, Sagde Podestà. "Fordi vi forstår fysikken indbygget i kickmodellen, og fordi den model med succes simulerede resultater fra tidligere eksperimenter, som vi har data om, vi har tillid til, at kickmodellen præcist kan modellere fremtidige eksperimenter, " han sagde.

I fremtiden, forskerne ønsker at bestemme, hvad der sker mellem ustabilitet for at få en fyldigere fornemmelse af, hvad der sker i plasmaet. I mellemtiden, Podestà og de andre forskere opmuntres til de aktuelle resultater. "Vi ser nu en vej frem til forbedring af måderne, hvorpå vi kan simulere visse mekanismer, der forstyrrer plasmapartikler, "Podestà sagde." Dette bringer os tættere på pålidelige og kvantitative forudsigelser for udførelsen af ​​fremtidige fusionsreaktorer. "