Tokamak-apparaten gebruiken sterke magnetische velden om het plasma op te sluiten en te vormen dat de brandstof bevat die fusie tot stand brengt. De vorm van het plasma beïnvloedt het gemak of de moeilijkheid van het bereiken van een levensvatbare fusie-energiebron. In een conventionele tokamak, de doorsnede van het plasma heeft de vorm van de hoofdletter D. Wanneer het rechte deel van de D naar de "donutgat"-zijde van de donutvormige tokamak is gericht, deze vorm wordt positieve driehoekigheid genoemd. Wanneer de plasmadwarsdoorsnede een achterwaartse D-vorm heeft en het gebogen deel van de D naar de kant van het "donutgat" is gericht, dan wordt deze vorm negatieve driehoekigheid genoemd. Nieuw onderzoek toont aan dat negatieve driehoekigheid de interactie van het plasma met de naar het plasma gerichte materiaaloppervlakken van de tokamak vermindert. Deze bevinding wijst op cruciale voordelen voor het bereiken van kernfusie-energie.

Een van de uitdagingen in de wetenschap en technologie op het gebied van fusie-energie is het bouwen van toekomstige energiecentrales die plasma's controleren die vele malen heter zijn dan de zon. Bij deze extreme temperaturen interacties van het plasma met de materiële wanden van de kernreactor moeten worden gecontroleerd en geminimaliseerd. Ongewenste interacties treden op als gevolg van turbulentie in het grensgebied van het plasma. Dit onderzoek toont aan dat de grensturbulentie in plasma's met negatieve driehoekigheid veel kleiner is in vergelijking met plasma's met een positieve driehoeksvorm. Als resultaat, de ongewenste interacties met de naar het plasma gerichte wanden worden ook sterk verminderd, wat in principe leidt tot een langere levensduur van de wand en een vermindering van het risico op beschadiging van de wand, iets dat een reactor zou kunnen stilleggen.

Wetenschappers weten dat, in tokamak-fusie-apparaten, kernplasmavormen met negatieve driehoekigheid vertonen een aanzienlijke toename in energieopsluiting in vergelijking met plasma's met positieve driehoekigheid. Negatieve driehoeksplasmavormen laten ook reducties zien in de fluctuatieniveaus van de kernelektronentemperatuur en -dichtheid. Dit op zichzelf maakt negatieve driehoeksplasma's veelbelovende kandidaten voor een toekomstige fusiereactor.

Het nieuwe onderzoek dat hier wordt gerapporteerd, toont aan dat het teken en de mate van driehoekigheid ook een groot effect hebben op de dynamiek van de plasmarand en de eigenschappen van vermogen en deeltjesuitlaat, maar wetenschappers weten relatief weinig over dergelijke effecten. Deze experimenten bij de Tokamak à Configuration Variable (TCV), gevestigd aan de École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) in Lausanne, Zwitserland, onthulde een sterke vermindering van grensplasma-fluctuaties en plasma-interactie met de tegenoverliggende wand voor voldoende negatieve driehoekswaarden. De onderzoekers observeerden de effecten over een breed scala van dichtheden in zowel binnenwandbeperkte als omgeleide plasma's. Deze sterke vermindering van plasma-wandinteractie bij voldoende negatieve driehoekigheid versterkt de vooruitzichten van plasma's met negatieve driehoekigheid als potentiële reactoroplossing.

Het onderzoek is gepubliceerd in Kernfusie .