Les noves proves milloren la confiança en el rendiment de l'ITER

Els científics que investiguen la fusió, primer han de fer que l'estat de la matèria sigui suficient per mantenir reaccions de fusió. Això exigeix ​​escalfar el plasma en moltes vegades la temperatura del nucli del sol. L'ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) és la instal·lació de fusió internacional que es construeix a França per demostrar la viabilitat de la potencia de la fusió. La instal·lació permetrà a aquest dispositiu escalfar els electrons lliures, com els nuclis o ions atòmics que conformen el plasma. La pregunta és: què farà aquesta barreja a la temperatura i a la densitat del plasma que són crucials per a la producció de la fusió?

Una nova investigació explica com es pot millorar la producció de fusió a l'ITER i altres instal·lacions de fusió d'última generació; una troballa clau dels físics al Laboratori de Física de Plàstic de Princeton (PPPL) del Departament d'Energia dels Estats Units (DOE). DIII-D Facility National Fusion que General Atomics opera per al DOE i altres col·laboradors.

Turbulència multi-escala
Els mesuraments van revelar turbulències amb longituds d'ona curtes i llargues provocades per electrons i la ion heatsing, respectivament. La combinació produïa turbulències multiscales que modificaven la forma de les partícules i la fuita tèrmica del plasma. La turbulència pot reduir la taxa de reaccions de fusió.

El sistema combinat d'electrons i ions alterava el gradient, o la taxa espacial de canvi en la densitat del plasma. Aquesta troballa va ser important, perquè la potència de fusió que produirà l'ITER augmenta a mesura que la densitat vagi creixent. A més, l'augment es va produir sense provocar que les impureses s'acumulin al nucli del plasma i refredar-les, la qual cosa podria frenar les reaccions de fusió.
Els científics van utilitzar un model de física reduïda anomenat TGLF que va simplificar les simulacions massivament paral·leles i costoses de turbulència multiscala que requereixen milions d'hores de temps de computació en superordinadors. Els investigadors van executar aquesta versió simplificada centenars de vegades en ordinadors PPPL per provar l'impacte en el model d'incerteses derivades dels experiments DIII-D.
El model TGLF explota les febles propietats de turbulència de tokamaks com l'ITER. Calcula aproximadament els milers de milions de trànsit de plasma més ràpid que una simulació de turbulència multicanal gyrokinètica en supercomputadors d'alt rendiment.

Impacte de la calefacció electrònica
El model va tenir en compte específicament l'impacte de la calefacció electrònica en la mescla general de calefacció. Els investigadors produeixen aquest tipus de calefacció apuntant a microones als electrons que giren al voltant de les línies de camp magnètic: un procés que augmenta l'energia tèrmica dels electrons, el transfereix als ions a través de col·lisions i complementa l'escalfament dels ions mitjançant injecció de feix neutre.

Els resultats indiquen que estudiar turbulències multiscala serà essencial per comprendre com afrontar l'efecte multiscala en el transport de calor, partícules i momentum en tokamaks de pròxima generació o en dispositius de fusió. Cal entendre el transport sota calefacció d'ions i electrons per projectar amb seguretat a futurs reactors, perquè les centrals de fusió tindran els dos tipus de calefacció.

Font: Princeton Plasma Physics Laboratory / Phis.org