Een obstakel voor het genereren van fusiereacties in faciliteiten die tokamaks worden genoemd, is dat het produceren van de stroom in plasma die helpt bij het creëren van beperkende magnetische velden, gebeurt in pulsen. zulke pulsen, gegenereerd door een elektromagneet die door het midden van de tokamak loopt, zou het creëren van fusie-energie in een stabiele toestand moeilijk te bereiken zijn. Om het probleem aan te pakken, natuurkundigen hebben een techniek ontwikkeld die bekend staat als transient coaxial helicity injection (CHI) om een ​​stroom te creëren die niet gepulseerd is.

Nutsvoorzieningen, natuurkundige Fatima Ebrahimi van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) heeft computersimulaties met hoge resolutie gebruikt om de bruikbaarheid van deze techniek te onderzoeken. De simulaties laten zien dat CHI de stroom continu kan produceren in grotere, krachtigere tokamaks dan er tegenwoordig zijn om stabiele fusieplasma's te produceren.

"Stabiliteit is het belangrijkste aspect van elk stroomaandrijfsysteem in tokamaks, " zei Ebrahimi, auteur van een paper waarin de bevindingen in Fysica van plasma's . "Als het plasma stabiel is, je kunt meer stroom en meer fusie hebben, en hebben het allemaal volgehouden in de tijd."

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.

De CHI-techniek vervangt een elektromagneet, een solenoïde genaamd, die stroom induceert in de huidige tokamaks. CHI produceert de kritische stroom door spontaan magnetische bellen te genereren, of plasmoïden, in het plasma. De nieuwe simulaties met hoge resolutie bevestigen dat een parade van plasmoïden die door het plasma marcheren in toekomstige tokamaks de stroom zou kunnen creëren die de beperkende velden produceert. De simulaties toonden verder aan dat de plasmoïden intact zouden blijven, zelfs als ze werden getroffen door driedimensionale instabiliteiten.

In de toekomst, Ebrahimi is van plan om het opstarten van CHI te simuleren en nog meer fysica over het plasma op te nemen, die inzichten zouden opleveren om het proces verder te optimaliseren en te extrapoleren naar next-step devices. "Dat is wat moeilijker, " ze zegt, "maar het nieuws op dit moment is dat deze simulaties aantonen dat CHI een betrouwbare stroomaandrijftechniek is die kan worden gebruikt in fusiefaciliteiten over de hele wereld wanneer ze sterkere magnetische velden beginnen op te nemen."