State-of-the-art computerkode kan fremme indsatsen for at udnytte fusionsenergi

Tænk på glødelamper, der lyser, når du vender en kontakt. Denne glød forekommer også i magnetiske fusionsfaciliteter kendt som tokamaks, der er designet til at udnytte energien, der driver solen og stjernerne. Forstå hvordan resistivitet, processen, der frembringer gløden, påvirker disse enheder kan hjælpe forskere med at designe dem til at fungere mere effektivt.

Forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har brugt supercomputere og en state-of-the-art computerkode til at simulere plasma i fusionsenheder under et bredere spektrum af forhold end nogensinde før. Denne nye kapacitet hjælper forskere med at forudsige, hvornår plasmaet skal være roligt, og hvornår det lejlighedsvis bør udvise energibeslag fra plasmakanten, kendt som kantlokaliserede tilstande (ELM'er). De nye simuleringer afslørede uventet, at hvorvidt disse udbrud kan forekomme stærkt påvirket af plasmas resistivitet, egenskaben af ​​et materiale, der forhindrer strømmen af ​​elektrisk strøm. Dette fund synes at forklare, hvorfor ELM'er vises i nogle tokamaks, når de ikke var forventet.

Fusion kombinerer 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.

"Tidligere computerkoder kunne ikke simulere plasmeadfærd så præcist, som vi gerne vil have, "sagde PPPL -fysikeren Andreas Kleiner, hovedforfatter til et papir, der rapporterer resultaterne i Kernefusion . "Men modellen præsenteret i dette papir producerer forbedrede simuleringer, der kan hjælpe os med at lære, hvordan vi mere effektivt stabiliserer plasmaet og ekstraherer dets varme for at producere elektricitet."

Forskerne studerede sfæriske tokamakker, kompakte fusionsfaciliteter, der ligner æbler med kerner mere end den doughnut-lignende form af konventionelle tokamaks. Sfæriske tokamakker har reduceret størrelse og producerer omkostningseffektiv plasmaindeståelse. "Ideen er, at du kan få mere fusionskraft til mindre omkostninger, "sagde PPPL -fysiker Nathaniel Ferraro, medforfatter af papiret.

Den opdaterede computerkode udviklet af Kleiner kunne forbedre sfæriske tokamaks ved at hjælpe med at forudsige plasmaudbrud kendt som kantlokaliserede tilstande (ELM'er). Disse udbrud ligner solblusser og skubber store mængder partikler ud, der køler plasmaet og kan beskadige tokamakens indre komponenter. Forudsigelse af ELM'er kan hjælpe forskere med at skræddersy plasmaet til at undgå ELM'er og i sidste ende justere plasmaet i farten for at minimere deres skadelige virkninger.

"Dette er et vigtigt skridt i retning af at bygge et fusionskraftværk, "Sagde Kleiner." Fordi energien i disse enheder vil være meget stor, ELM'er kan bringe maskinens struktur i fare. Vi skal være i stand til at forudsige plasmaadfærd så præcist som muligt for disse faciliteter. "