Om waterstofatomen te fuseren tot helium, donutvormige apparaten die tokamaks worden genoemd, moeten de hitte van het ultrahete plasma dat ze besturen behouden. Maar als kokend water, plasma heeft klodders, of bubbels, die binnen de plasmarand sijpelen, de prestatie van het plasma verminderen door warmte weg te nemen die de fusiereacties in stand houdt.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben nieuwe simulaties voltooid die inzicht kunnen geven in hoe blobs aan de plasmarand zich gedragen. De simulaties, geproduceerd door een code genaamd XGC1 ontwikkeld door een nationaal team gebaseerd op PPPL, voerde gelijktijdig kinetische simulaties uit van twee verschillende regio's van de plasmarand. Dit vermogen levert een fundamenteler en vollediger beeld op van hoe warmte zich van plasma naar de muren verplaatst, mogelijk schade veroorzaken.

"Bij simulaties we scheiden vaak twee gebieden aan de plasmarand, bekend als het voetstuk en de afschraaplaag, en richten ons op de een of de ander, " zei PPPL-natuurkundige Michael Churchill, hoofdauteur van een paper waarin de resultaten in het tijdschrift worden beschreven Plasmafysica en gecontroleerde fusie . "XGC1 is uniek omdat het beide regio's tegelijk kan simuleren, met behulp van kinetische ionen- en elektronenvergelijkingen. In feite, het is belangrijk om beide regio's in simulaties op te nemen omdat ze elkaar beïnvloeden."

Simulaties stellen wetenschappers in staat plasma te verkennen, de vierde en heetste toestand van materie waarin elektronen worden gescheiden van atoomkernen, zonder fysieke experimenten uit te voeren die kostbaar kunnen zijn. Ze bieden soms ook inzichten die fysieke experimenten niet bieden. Simulaties van turbulentie aan de rand van het plasma, in de buurt van waar het plasma de binnenmuur van een tokamak nadert, zijn bijzonder belangrijk. Hoe meer wetenschappers dergelijke turbulentie begrijpen, hoe beter ze in staat zullen zijn om te voorkomen dat zich bewegende klodders plasma in de plasmarand vormen. Indien niet gecontroleerd, deze klodders kunnen grote hoeveelheden warmte uit het opgesloten plasma afvoeren, en mogelijk ofwel de naar het plasma gerichte componenten beschadigen of de fusiereacties belemmeren.

De XGC1-code simuleerde plasma in hoge opsluitingsmodus, of H-modus, een reeks voorwaarden die plasma helpen zijn warmte vast te houden. In de H-modus, de resultaten lieten zien, zich een groot aantal klodders vormen tussen de sokkel en de afschraaplaag, twee voorwaarden aan de rand, en ga naar de buitenrand, terwijl ze de magnetische veldlijnen kruisen.

Blobs spelen een belangrijke rol bij de uitwaartse beweging van deeltjes in plasma. Blobs veroorzaken ongeveer 50 procent van het deeltjesverlies aan de plasmarand, en onderzoekers hebben klodders waargenomen in een breed scala aan plasmaapparaten, inclusief tokamaks, achtvormige fusie-apparaten bekend als stellarators, en lineaire machines. "Het grote plaatje is dat klodders energie en deeltjes uit het plasma kunnen trekken, en dat wil je niet, ' zei Churchill. 'Je wilt de zaken beperkt houden.'