turbulentie, de gewelddadige onhandelbare verstoring van plasma, kan voorkomen dat plasma heet genoeg wordt om fusiereacties te voeden. Lange tijd was een raadselachtige zorg van onderzoekers de impact op de turbulentie van atomen die gerecycleerd worden uit de wanden van tokamaks die het plasma opsluiten. Deze atomen zijn neutraal, wat betekent dat ze geen lading hebben en dus niet worden beïnvloed door het magnetische veld of de plasmaturbulentie van de tokamak, in tegenstelling tot de elektronen en ionen - of atoomkernen - in het plasma. Nog, experimenten hebben gesuggereerd dat de neutrale atomen de randplasmaturbulentie aanzienlijk kunnen verbeteren, vandaar de theoretische interesse in hun effecten.

In de eerste poging tot natuurkunde om de impact van de atomen te bestuderen, natuurkundigen van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben gemodelleerd hoe de gerecycleerde neutrale, die ontstaan ​​wanneer heet plasma de wanden van een tokamak raakt, verhoging van turbulentie aangedreven door wat de "ionentemperatuurgradiënt" (ITG) wordt genoemd. Deze gradiënt is aanwezig aan de rand van een fusieplasma in tokamaks en vertegenwoordigt de overgang van de hete kern van het plasma naar de koudere grens grenzend aan de omringende materiaaloppervlakken.

Extreem grote computercode

Onderzoekers gebruikten de XGC1-kinetische code op extreme schaal om de simulatie te bereiken, wat de eerste stap vormde in het verkennen van de algemene omstandigheden die werden gecreëerd door gerecyclede neutrale kleuren. "Het simuleren van plasmaturbulentie in het randgebied is vrij moeilijk, " zei natuurkundige Daren Stotler. "De ontwikkeling van de XGC1-code stelde ons in staat om elementaire neutrale deeltjesfysica op te nemen in kinetische computerberekeningen, op meerdere schalen, met microscopische turbulentie en achtergronddynamiek op macroschaal, "zei hij. "Dit was voorheen niet mogelijk."

De resultaten, gerapporteerd in het journaal Kernfusie in juli, toonde aan dat neutrale atomen ITG-turbulentie op twee manieren versterken:

• Eerst, ze koelen plasma op het voetstuk, of transportbarrière, aan de rand van het plasma en verhoogt daardoor de ITG-gradiënt.
• Volgende, ze verminderen de geschoren, of verschillend, snelheden van plasmarotatie. Afgeschoven rotatie vermindert turbulentie en helpt fusieplasma's te stabiliseren.

Vergelijking met experimenten

Vooruit gaan, onderzoekers zijn van plan de resultaten van hun model te vergelijken met experimentele waarnemingen, een taak die completere simulaties vereist die andere turbulentiemodi omvatten. Bevindingen kunnen leiden tot een beter begrip van de overgang van plasma's van lage opsluiting naar hoge opsluiting, of H-modus - de modus waarin toekomstige tokamaks naar verwachting zullen werken. Onderzoekers overwegen over het algemeen minder recycling, en dus minder neutralen, als bevorderlijk voor de H-modus. Dit werk kan ook leiden tot een beter begrip van de plasmaprestaties in ITER, de internationale fusie-installatie in aanbouw in Frankrijk, waarbij de neutrale recycling kan verschillen van die waargenomen in bestaande tokamaks.