Investigadores del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE han desafiado la comprensión de un elemento clave en los plasmas de fusión. El problema ha sido una predicción precisa del tamaño de la "corriente de arranque" - un auto-generando corriente eléctrica - y una comprensión de lo que lleva la corriente al borde de los plasmas en instalaciones en forma de rosquilla llamadas tokamaks. Esta corriente generada por bootstrap se combina con la corriente en el núcleo del plasma para producir un campo magnético para contener elgas caliente juntos durante los experimentos, y puede producir estabilidad en el borde del plasma.
El trabajo reciente, publicado en la edición de abril de la revista Física de plasma , se enfoca en la región en el borde en el que la temperatura y la densidad disminuyen bruscamente. En esta región de gradiente empinado, o pedestal, la corriente de arranque es grande, lo que mejora el campo magnético confinado pero también provoca inestabilidad en algunas condiciones.
La corriente de arranque aparece en un plasma cuando aumenta la presión. Fue descubierta por primera vez en la Universidad de Wisconsin por Stewart Prager, ahora director de PPPL, y Michael Zarnstorff, ahora subdirector de investigación en PPPL. Prager fue asesor de tesis de Zarnstorffen el momento.
La comprensión física y la predicción precisa del tamaño de la corriente en el borde del plasma es esencial para predecir su efecto sobre las inestabilidades que pueden disminuir el rendimiento de los reactores de fusión. Dicha comprensión será vital para ITER, el tokamak internacional en construcción enFrancia para demostrar la viabilidad del poder de fusión. Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del DOE.
El nuevo artículo, realizado por los físicos Robert Hager y CS Chang, líder del Centro de Descubrimiento Científico a través del Centro de Simulación de Física Avanzada del Proyecto de Computación Avanzada con sede en PPPL, descubrió que la corriente de arranque en el borde de tokamak es principalmente transportada por "atrapados magnéticamente"electrones que no pueden viajar tan libremente como los electrones "que pasan" en el plasma. Las partículas atrapadas rebotan entre dos puntos en el tokamak mientras que las partículas que pasan giran alrededor de él.
El descubrimiento desafía la comprensión convencional y proporciona una explicación de cómo la corriente de arranque puede ser tan grande en el borde de tokamak, donde la población de electrones que pasa es pequeña. Anteriormente, los físicos pensaban que solo los electrones que pasan llevan la corriente de arranque. "Modelado correctode la corriente permite una predicción precisa de las inestabilidades ", dijo Hager, el autor principal del artículo.
Los investigadores realizaron el estudio ejecutando un código global avanzado llamado "XGCa" en la supercomputadora Mira en el Argonne Leadership Computing Facility, un Centro de Usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE ubicado en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento. Los investigadores recurrieron al nuevo código global., que modela todo el volumen de plasma, porque los códigos informáticos locales más simples pueden volverse inadecuados e inexactos en la región del pedestal.
Numerosas simulaciones de XGCa llevaron a Hager y Chang a construir una nueva fórmula que mejora en gran medida la precisión de las predicciones actuales de bootstrap. Se encontró que la nueva fórmula se adapta bien a todos los casos de XGCa estudiados y podría implementarse fácilmente en códigos de modelado o análisis.
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Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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