Het hete geïoniseerde gas, een plasma genaamd, wordt door een sterk magnetisch veld opgesloten in een bagelvormige tokamak. waarvan een deel wordt opgewekt door een sterke elektrische stroom die door het plasma stroomt. Periodiek, er treedt een zaagtandinstabiliteit op. Het zorgt ervoor dat de centrale plasmatemperatuur abrupt daalt en vervolgens herstelt in een zaagtandpatroon. De instabiliteit beperkt hoeveel stroom kan worden geconcentreerd in het midden van het plasma. Echter, er zijn soorten tokamak-plasma's waarvoor een voorheen onbekend mechanisme, genaamd magnetische flux pompen, beperkt de stroom in het plasmacentrum zodat deze net onder de zaagtanddrempel blijft. Wetenschappers waren verbaasd over hoe dit zelfregulerende mechanisme werkt. De resultaten van zeer complexe numerieke simulaties suggereren nu een mogelijk antwoord.

De zaagtandinstabiliteit kan andere problemen veroorzaken die leiden tot verslechtering of zelfs verlies van plasmaopsluiting. Dus, hybride scenario's waarin magnetische fluxpompen de zaagtandinstabiliteit voorkomen, zijn van belang. Dit geldt met name voor toekomstige grootschalige fusie-experimenten, zoals ITER. Om de toegankelijkheid en eigenschappen van hybride scenario's naar ITER te extrapoleren, het is essentieel om de fysica achter magnetische fluxpompen te begrijpen. Met behulp van uitgebreide simulaties, wetenschappers zijn nu in staat om een ​​mogelijke verklaring voor dit fenomeen te vinden.

Het mechanisme achter het magnetische fluxpompen in de numerieke simulaties werkt als volgt:als het centrale stroomprofiel vlak is en als de centrale plasmadruk voldoende hoog is, een quasi-uitwisselingsmodus ontwikkelt zich in de kern van het plasma. De quasi-uitwisselingsmodus genereert een grootschalige spiraalvormige plasmastroom die - bijna als een mixer - het centrale plasma constant roert. Tegelijkertijd, het magnetische veld in de plasmakern wordt vervormd.

Hier komt een dynamo-effect om de hoek kijken. Het dynamo-effect speelt een belangrijke rol voor veel astrofysische verschijnselen en voor het mechanisme dat het aardmagnetisch veld in stand houdt. Het beschrijft hoe een bijzonder wervelende beweging van een elektrisch geleidende vloeistof een bestaand magnetisch veld kan versterken. In het geval van het magnetisch veld van de aarde, de vloeistof is het vloeibare deel van de ijzeren kern van de aarde. In het geval van het hybride tokamak-scenario, de vloeistof is het hete plasma in het midden van de tokamak. In het laatste geval, het is door een dynamo-effect dat de spiraalvormige plasmastroom en de spiraalvormige vervorming van het magnetische veld samen zorgen voor een negatieve spanning die de centrale stroom vlak houdt. Door de stroom in het plasmacentrum vlak te houden, de zaagtandinstabiliteit wordt voorkomen.

De numerieke simulaties leggen ook uit hoe deze magnetische fluxpomp zichzelf reguleert:de quasi-uitwisselingsmodus staat erom bekend het beste te werken als de centrale stroom zich op een bepaalde drempel bevindt - die samenvalt met de drempel voor de zaagtandinstabiliteit. Wanneer het fluxpompmechanisme te sterk wordt, het verzwakt de quasi-uitwisselingsmodus en daarmee zijn eigen drive. Op deze manier wordt de kracht van de fluxpomp beperkt, zodat de centrale stroom net onder de drempel voor de zaagtandinstabiliteit blijft.