Een computercode die door natuurkundigen over de hele wereld wordt gebruikt om tokamak-experimenten te analyseren en te voorspellen, kan nu het gedrag van zeer energetische atoomkernen benaderen, of ionen, nauwkeuriger dan ooit in fusieplasma's. Het nieuwe vermogen, ontwikkeld door natuurkundige Mario Podestà van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), voorziet de code die bekend staat als TRANSP met een subprogramma dat de beweging simuleert die leidt tot het verlies van energetische ionen veroorzaakt door instabiliteiten in het plasma die fusiereacties voeden. De code, waarvan de naam is afgeleid van de term "transport, " is gehuisvest bij PPPL.

Podestà modelleerde de hoogenergetische ionen die worden gebruikt om het plasma te verwarmen. Deze deeltjes, die natuurkundigen injecteren als neutrale atomen, worden geïoniseerd in het plasma en verhogen de thermische energie ervan. Het model zou ook kunnen worden toegepast op door fusie gegenereerde energetische deeltjes in toekomstige tokamaks.

Natuurkundigen moeten het verlies van deze ionen uit het plasma voorspellen en minimaliseren in donutvormige faciliteiten, tokamaks genaamd, om een ​​hoog prestatieniveau te bereiken. Plotseling verlies kan fusiereacties stoppen en plasmagerichte componenten beschadigen. Het voorspellen en beheersen van warmteverlies zal cruciaal zijn voor ITER, de internationale tokamak in aanbouw in Frankrijk, waarin de temperatuur 150 miljoen graden Celsius moet bereiken, of 10 keer de warmte in de kern van de zon.

Podestà's resultaten bouwen voort op onderzoek dat hij in 2015 heeft uitgevoerd. "Het oorspronkelijke werk met mijn model was gericht op het reproduceren, modellering, en het interpreteren van resultaten van bestaande experimenten, " zei hij. "Dit nieuwe werk onderzoekt de mogelijkheid om datzelfde model te gebruiken om energetisch deeltjestransport in toekomstige experimenten te voorspellen."

de revisie, gerapporteerd in juli in het tijdschrift Plasmafysica en gecontroleerde fusie , maakt gebruik van een subprogramma dat een "kickmodel" wordt genoemd om de beweging van snelle ionen te simuleren die worden veroorzaakt door instabiliteiten in het plasma. Het kick-model legt alleen de minimale hoeveelheid natuurkunde vast die nodig is om dit specifieke fenomeen te simuleren.

Het subprogramma maakt de voltooiing van berekeningen in een kwestie van uren mogelijk, in plaats van weken of maanden. Het gebruik van het kick-model betekent dat je wat nauwkeurigheid opoffert, maar het stelt onderzoekers in staat om sneller resultaten te krijgen. "Dat is de afweging, "Zei Podestà. Ondersteuning voor dit onderzoek komt van het DOE's Office of Science (Fusion Energy Sciences).

Podestà testte zijn aangepaste versie door deze te vergelijken met gegevens die zijn geproduceerd door PPPL's ​​National Spherical Torus Experiment (NSTX) voorafgaand aan de upgrade. De gewijzigde code voorspelde niveaus van energetisch deeltjestransport die overeenkwamen met de NSTX-experimenten.

De nieuwe aanpak suggereert dat met verdere wijzigingen, dergelijke voorspellingen kunnen betrouwbaarder worden gemaakt met slechts een beperkte toename van de rekentijd. "De vraag voorafgaand aan dit onderzoek was of we kunnen voorspellen wat er zal gebeuren in toekomstige experimenten, met een minimum aan voorafgaande informatie, "Zei Podestà. "Het lijkt er nu op dat we kunnen, en deze gunstige resultaten motiveren verdere verbeteringen aan het model."