Edge gelokaliseerde modi, ELM's in het kort, zijn een van de verstoringen van de plasmaopsluiting die worden veroorzaakt door de interactie tussen de geladen plasmadeeltjes en de beperkende magnetische veldkooi. Tijdens ELM-evenementen, het randplasma verliest zijn opsluiting voor een korte tijd en werpt periodiek plasmadeeltjes en energie naar buiten op de vaatwanden. Typisch, zo kan een tiende van de totale energie-inhoud abrupt worden uitgeworpen. Hoewel de huidige generatie middelgrote fusieapparatuur dit aankan, grote apparaten zoals ITER of een toekomstige elektriciteitscentrale zouden deze belasting niet kunnen weerstaan.

Experimentele methoden om te verzwakken, onderdrukken of vermijden van ELM's zijn al met succes ontwikkeld in huidige fusie-apparaten (zie PI 3/2020). Na veel eerder werk, het is nu voor het eerst mogelijk door middel van computersimulaties om de trigger te identificeren die verantwoordelijk is voor het explosieve begin van deze randinstabiliteiten en om het verloop van verschillende ELM-cycli te reconstrueren - in goede overeenstemming met experimenteel waargenomen waarden. Een publicatie geaccepteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Kernfusie verklaart deze belangrijke voorwaarde voor het voorspellen en vermijden van ELM-instabiliteiten in toekomstige fusie-apparaten.

De ELM-instabiliteit bouwt zich op na een rustige fase van ongeveer 5 tot 20 milliseconden - afhankelijk van de externe omstandigheden - totdat in een halve milliseconde tussen 5 en 15 procent van de in het plasma opgeslagen energie op de wanden wordt geslingerd. Daarna wordt het evenwicht hersteld totdat de volgende ELM-uitbarsting volgt.

De plasmatheoretici rond eerste auteur Andres Cathey van IPP, die afkomstig zijn uit verschillende laboratoria van het Europese fusieprogramma EUROfusion, konden de complexe fysische processen achter dit fenomeen in detail beschrijven en verklaren:als een niet-lineair samenspel tussen destabiliserende effecten - de steile stijging van de plasmadruk aan de plasmarand en de toename van de stroomdichtheid - en de stabiliserende plasmastroom. Als het verwarmingsvermogen dat aan het plasma wordt toegevoerd in de simulatie wordt gewijzigd, het berekende resultaat toont hetzelfde effect op de herhalingssnelheid van de ELM's, d.w.z. de frequentie, als verhoging van het verwarmingsvermogen in een plasma-experiment bij ASDEX Upgrade tokamak:experiment en simulatie zijn in overleg.

Hoewel de processen in zeer korte tijd plaatsvinden, hun simulatie vereist veel rekeninspanning. Dit komt omdat de simulatie in kleine rekenstappen zowel de korte ELM-crash als de lange ontwikkelingsfase tussen twee ELM's moet oplossen - een rekenprobleem dat alleen kon worden opgelost met een van de snelste supercomputers die momenteel beschikbaar zijn.

Voor de simulaties werd de JOREK-code gebruikt, een niet-lineaire code voor de berekening van tokamak-plasma's in realistische geometrie, die wordt ontwikkeld in Europese en internationale samenwerking met sterke bijdragen van IPP.