Wanneer de dichtheid van de hete, geïoniseerd gas (bekend als een plasma) in een tokamak een bepaalde limiet overschrijdt, het leidt meestal tot een snel verlies van warmte en plasmastromen. De stromen zijn nodig om het plasma op te sluiten. Dergelijke gebeurtenissen kunnen de tokamak ernstig beschadigen. Voor de storing, wetenschappers observeren vaak grote magnetische eilanden. Magnetische eilanden zijn thermisch geïsoleerd, kleine "belletjes" plasma. Recente onderzoeken hebben bevestigd dat wetenschappers deze eilanden kunnen gebruiken om de dichtheidslimiet correct te voorspellen. Het team toonde aan dat wanneer het eiland groot genoeg wordt, de hete plasmakern vermengt zich met het koele plasma en veroorzaakt de verstoring. Zij kunnen deze informatie gebruiken om de verstoringen te beheersen.

De dichtheidslimiet in tokamaks is al tientallen jaren een experimenteel obstakel. Het is van cruciaal belang om de dichtheidslimiet te begrijpen. Waarom? Omdat in fusie-energie geproduceerd door tokamaks, hoe hoger de plasmadichtheid groeit, hoe meer vermogen wordt geproduceerd. Dit werk verklaart correct de dichtheidslimiet. Dit heeft geleid tot suggesties dat de dichtheidslimiet kan worden overschreden door het magnetische eiland voorzichtig te verwarmen met behulp van externe verwarmingsbronnen of door de onzuiverheidsdichtheid te verminderen.

In dit werk, de klassieke uitdrukking voor de groei van de grootte van een magnetisch eiland wordt uitgebreid met het effect van eilandasymmetrie (getoond in de figuur) en het effect van thermische verstoringen binnen het eiland. Deze correcties zijn cruciaal voor het begrijpen van de dynamiek van magnetische eilandgroei en dus verstoringen.

Niet alleen verandert het eiland met de tijd, hetzelfde geldt voor het achtergrondplasma-evenwicht. Met dit effect moet rekening worden gehouden om een ​​nauwkeurig, zelfbewuste oplossing. Een intern inductantiemodel wordt gebruikt om de evenwichtsevolutie te berekenen met toenemende plasmadichtheid, en de onzuiverheidsstraling wordt berekend met corona-evenwichtskoelsnelheden.

De verhoogde dichtheidslimiet voorspeld door het nieuwe model komt bijna perfect overeen, zoals weergegeven in de afbeelding (rechts), met de schaalwetten afgeleid van een experimentele database van verstoringen voor 's werelds belangrijkste tokamaks. Wanneer de plasmadichtheid wordt verhoogd, de plasmastromen krimpen, en dus wordt de verwarming verminderd. De onzuiverheidsstraling, anderzijds, is evenredig met het kwadraat van de plasmadichtheid; dus, als de dichtheid verdubbelt, de koeling verviervoudigt.

Het magnetische eiland zal groeien wanneer het "koelende" vermogen dat uit het eiland stroomt groter is dan het "verwarmende" vermogen dat naar binnen stroomt. De verwarming komt van de kleine maar significante elektrische weerstand tegen plasmastromen. De koeling komt van straling die wordt uitgezonden door onzuiverheden in het magnetische eiland.