Subatomaire deeltjes ritselen rond ringvormige fusiemachines die bekend staan ​​als tokamaks en soms versmelten, vrijkomen van grote hoeveelheden energie. Maar deze deeltjes - een soep van geladen elektronen en atoomkernen, of ionen, gezamenlijk bekend als plasma - kan soms uit de magnetische velden lekken die hen in tokamaks opsluiten. De lekkage koelt het plasma, het verminderen van de efficiëntie van de fusiereacties en het beschadigen van de machine. Nutsvoorzieningen, natuurkundigen hebben bevestigd dat een bijgewerkte computercode kan helpen om dergelijke lekken te voorspellen en uiteindelijk te voorkomen.

Het onderzoeksteam heeft TRANSP bijgewerkt, de plasmasimulatiecode die is ontwikkeld door het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en wordt gebruikt in fusieonderzoekscentra over de hele wereld, door een nieuw stukje code te installeren dat bekend staat als een kick-model in een van de TRANSP-componenten. Het kick-model - zo genoemd omdat het energiestoten simuleert die de deeltjes in het plasma schoppen - stelt TRANSP in staat om het gedrag van deeltjes nauwkeuriger te simuleren dan voorheen. Geholpen door subprogramma's bekend als NUBEAM en ORBIT die plasmagedrag modelleren door informatie te distilleren uit onbewerkte gegevens, deze bijgewerkte versie van TRANSP kan natuurkundigen helpen de lekken beter te begrijpen en te voorspellen, evenals het creëren van technische oplossingen om ze te minimaliseren.

Fusie, de kracht die de zon en de sterren aandrijft, is het samensmelten van lichte elementen in de vorm van plasma - het hete, geladen toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen - die enorme hoeveelheden energie genereert. Wetenschappers proberen fusie op aarde na te bootsen voor een vrijwel onuitputtelijke stroomvoorziening om elektriciteit op te wekken.

Het team ontdekte dat de bijgewerkte versie van TRANSP nauwkeurig het effect modelleerde van de zaagtandinstabiliteit - een soort verstoring die de fusiereacties beïnvloedt - op de beweging van zeer energetische deeltjes die fusiereacties helpen veroorzaken. "Deze resultaten zijn belangrijk omdat ze fysici in staat kunnen stellen dezelfde benadering te gebruiken om een ​​breed spectrum van instabiliteiten aan te pakken zonder van het ene model naar het andere over te schakelen, afhankelijk van het specifieke probleem, " zei PPPL-natuurkundige Mario Podestà, een co-auteur van het artikel dat de bevindingen rapporteerde in Kernfusie . De resultaten, gebaseerd op zaagtandinstabiliteiten die zich voordeden tijdens de werking van PPPL's ​​National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) in 2016, uitbreiding van eerder PPPL-onderzoek naar het inbrengen van kick-modellen in TRANSP.

De bijgewerkte versie van TRANSP kan plasmagedrag simuleren van experimenten die nog niet zijn uitgevoerd, zei Podestà. "Omdat we de fysica begrijpen die in het kick-model is ingebouwd, en omdat dat model met succes resultaten heeft gesimuleerd van eerdere experimenten waarvoor we gegevens hebben, we hebben er vertrouwen in dat het kick-model toekomstige experimenten nauwkeurig kan modelleren, " hij zei.

In de toekomst, de onderzoekers willen bepalen wat er tussen instabiliteiten gebeurt om een ​​beter beeld te krijgen van wat er in het plasma gebeurt. Ondertussen, Podestà en de andere wetenschappers worden aangemoedigd door de huidige resultaten. "We zien nu een weg vooruit naar het verbeteren van de manieren waarop we bepaalde mechanismen kunnen simuleren die plasmadeeltjes verstoren, "Zei Podestà. "Dit brengt ons dichter bij betrouwbare en kwantitatieve voorspellingen voor de prestaties van toekomstige fusiereactoren."