Plotselinge uitbarstingen van hitte die de binnenwanden van tokamak-fusie-experimenten kunnen beschadigen, vormen een hindernis die exploitanten van de faciliteiten moeten overwinnen. Zulke uitbarstingen, genaamd "edge localized modes (ELM's), " komen voor in donutvormige tokamak-apparaten die de hete, geladen plasma dat wordt gebruikt om op aarde de kracht na te bootsen die de zon en andere sterren aandrijft. Nu hebben onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) direct een mogelijk en voorheen onbekend proces waargenomen dat schadelijke ELM's kan veroorzaken.

Samenwerken, natuurkundigen Ahmed Diallo, een experimentator, en Julien Dominski, een theoreticus, verzamelde gegevens van de DIII-D National Fusion Facility die General Atomics exploiteert voor de DOE in San Diego, om een ​​trigger te ontdekken voor een bepaald type ELM dat niet past in de huidige modellen van ELM-plasmadestabilisatie. Hun bevindingen zouden licht kunnen werpen op de verscheidenheid aan mechanismen die leiden tot het ontstaan ​​van ELM's en zouden de portfolio van ELM-onderdrukkingshulpmiddelen kunnen verbreden. Het begrijpen van ELM-fysica is cruciaal voor het ontwikkelen van fusiefaciliteiten die lichte elementen in de vorm van plasma kunnen samensmelten - de toestand van materie die bestaat uit vrije elektronen en atoomkernen - om een ​​vrijwel onuitputtelijke voorraad energie te produceren om elektriciteit op te wekken.

Puzzelende gegevens

De nieuwe waarnemingen, gemeld in Fysieke beoordelingsbrieven , begon als een poging om raadselachtige gegevens te ontrafelen die werden gedetecteerd door sondes van magnetische veld- en plasmadichtheidsfluctuaties tijdens DIII-D-experimenten. De gegevens toonden de uitbarsting van ELM's na perioden van ongewone rust. "Dit waren speciale gevallen die geen standaardmodel volgden, "zei Diallo. "We zijn hier samen in gaan graven, "Zei Dominski. "Het was een zeer interessante samenwerking."

In ongeveer zes maanden van gezamenlijk onderzoek, de natuurkundigen ontdekten voorheen onzichtbare correlaties van fluctuaties in de DIII-D-experimenten. Deze correlaties onthulden de vorming van twee modi - of golven - aan de rand van het plasma die aan elkaar werden gekoppeld om een ​​derde modus te genereren. De nieuwkomer begaf zich vervolgens naar de wand van de tokamak - in technische termen een radiale vervorming gecreëerd - die uitbarstingen van laagfrequente ELM's veroorzaakte.

De ELM's waren een type dat ook te zien was op de Joint European Torus (JET) in het Verenigd Koninkrijk, de ASDEX Upgrade in Duitsland en andere fusie-apparaten na perioden van rust. In principe, de resultaten kunnen ook van toepassing zijn op systemen zoals zonnevlammen en aardmagnetische stormen die plotseling worden losgelaten, volgens het papier.

Een deur openen

Hoewel de bevindingen een deur openen naar een methode voor het activeren van ELM's, ze leggen het proces niet volledig uit. De twee natuurkundigen willen dus meer datasets analyseren. "Als we volledig kunnen begrijpen hoe de triggering werkt, kunnen we het blokkeren en omkeren, ' zei Diallo.