Durante más de 60 años, los científicos de fusión han intentado usar "botellas magnéticas" de varias formas y tamaños para confinar plasmas extremadamente calientes, con el objetivo de producir energía de fusión práctica. Pero la turbulencia en el plasma hasta ahora ha confundido a los investigadores"capacidad para contener eficientemente el intenso calor dentro del núcleo del dispositivo de fusión, reduciendo el rendimiento. Ahora, los científicos han utilizado una de las supercomputadoras más grandes del mundo para revelar la compleja interacción entre dos tipos de turbulencias que se sabe que ocurren en los plasmas de fusión, allanando el caminopara mejorar el diseño del reactor de fusión.
Años de investigación cuidadosa han demostrado que los dispositivos de fusión están plagados de turbulencias de plasma. La turbulencia empuja rápidamente el calor desde el núcleo de fusión caliente hasta el borde, enfriando el plasma en el proceso y reduciendo la cantidad de energía de fusión producida.
Si bien se ha identificado a la turbulencia como el culpable, las pérdidas de calor medidas en muchos dispositivos de fusión siguen siendo comúnmente más altas que las principales teorías de turbulencia de los científicos. Por lo tanto, incluso después de más de medio siglo de investigación, el origen de esta "anomalía"La pérdida de calor en los plasmas de fusión experimentales siguió siendo un misterio.
Para abordar este problema, los científicos tuvieron que crear un modelo que capturara los diferentes tipos de turbulencia que se sabe que existen en los plasmas de fusión. Esta turbulencia se puede agrupar aproximadamente en dos categorías: turbulencia de longitud de onda larga y turbulencia de longitud de onda corta.
La mayoría de las investigaciones anteriores han asumido un papel dominante para la turbulencia de onda larga, a menudo descuidando por completo la turbulencia de onda corta. Aunque los científicos sabían que les faltaban las contribuciones de los pequeños remolinos, la simulación de todas las turbulencias juntas era demasiado difícil de emprender ...hasta ahora.
Utilizando una de las supercomputadoras más grandes del mundo el sistema NERSC Edison y datos experimentales obtenidos del Alcator C-Mod tokamak, científicos de la Universidad de California, San Diego y el Instituto de Tecnología de Massachusetts realizaron recientemente las simulaciones más completas físicamente deturbulencia de plasma hasta la fecha.
Estas simulaciones capturan la dinámica espacial y temporal de la turbulencia de longitud de onda larga y corta simultáneamente, revelando fenómenos físicos nunca antes observados. Contrariamente a muchas teorías propuestas, se encontró que la turbulencia de longitud de onda larga coexistía con la turbulencia de longitud de onda corta, en forma de dedoestructuras conocidas como "serpentinas".
En muchas condiciones experimentales, se descubrió que los remolinos turbulentos a gran escala interactúan fuertemente con la turbulencia de longitud de onda corta, transfiriendo energía de un lado a otro. Lo más significativo, estas simulaciones demostraron que las interacciones entre la turbulencia de longitud de onda corta y larga pueden aumentar las pérdidas de calor diez veces por encima demodelo estándar, que coincide con una amplia variedad de mediciones experimentales y probablemente explica el misterio de la pérdida de calor "anómala" en los plasmas.
La superación de los límites de las capacidades de supercomputación ha cambiado la comprensión de los científicos sobre cómo el calor es expulsado de los plasmas de fusión por la turbulencia, y puede ayudar a explicar el misterio de 50 años de pérdida de calor "anómala". El estudio, actualmente presentado alNuclear Fusion, requirió aproximadamente 100 millones de horas de CPU para funcionar. En comparación, esto es aproximadamente lo mismo que el último MacBook Pro en funcionamiento durante los próximos 3.000 años.
En última instancia, estos resultados pueden usarse para informar el diseño de reactores de fusión, lo que permite un mejor rendimiento y, con suerte, nos acerca al objetivo de la energía de fusión práctica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Sociedad Estadounidense de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cita esta página :