Fusion combineert lichte elementen in de vorm van plasma - "het hete, geladen toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen - "om enorme hoeveelheden energie te genereren. Een van de manieren waarop wetenschappers helpen het plasma te verwarmen, is door bundels van energetische deeltjes in tokamaks te injecteren om genoeg energie te leveren voor plasmadeeltjes om wederzijdse afstoting te overwinnen en smelten samen. De geïnjecteerde deeltjes, echter, kan ook golven produceren die ervoor zorgen dat plasma-energie lekt uit de magnetische velden die het opsluiten, het plasma afkoelen en helpen om de fusiereacties te blussen. Het is daarom gunstig voor de ontwikkeling van fusie-energie om deze golven te onderdrukken.

Onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hebben nieuwe wiskundige hulpmiddelen ontwikkeld om te voorspellen wanneer de golven aanwezig zullen zijn en het plasma kunnen afkoelen. belangrijk, de wiskundige uitdrukkingen voorspellen dat een tweede straal die onder een andere hoek dan de oorspronkelijke straal wordt geïnjecteerd, het ongewenste effect van de golven zal onderdrukken, het verstrekken van nieuwe methoden voor het handhaven van de opsluiting van het plasma. Zo'n tweede straal (Figuur 1) is geïnstalleerd op de National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) bij PPPL.

De PPPL-natuurkundigen voerden gedetailleerde computersimulaties uit om de experimenten waarin de golven werden waargenomen te modelleren. De resultaten kwamen overeen met gegevens van experimenten op de voorloper van de NSTX-U.

"Deze resultaten verklaren niet alleen waarnemingen van de golven in eerdere experimenten, maar geef ook aan hoe de negatieve impact van de golven kan worden vermeden door verschillende mengsels van de twee bundels op NSTX-U te gebruiken die energetische deeltjes onder verschillende hoeken injecteren, " zegt Jeff Lestz, een afgestudeerde student die aan het project werkt bij PPPL.

PPPL-wetenschappers zijn nu van plan hun voorspellingen te vergelijken met andere fusie-experimenten op tokamaks zoals de DIII-D National Fusion Facility, waarop balken zijn geïnstalleerd in verschillende oriëntaties en injectiehoeken. Zonder dit gedetailleerde begrip, wetenschappers kunnen niet betrouwbaar voorspellen hoe ze plasma effectief kunnen verwarmen, die het ontwerp van fusiefaciliteiten beïnvloeden en mogelijk de fusieprestaties in tokamak-fusie-apparaten beperken.