Las simulaciones de fusión revelan la naturaleza multiescala de la turbulencia tokamak

Establecer una fuerza de fusión eficiente y autosuficiente requiere un buen confinamiento del calor en el plasma. El confinamiento del plasma está limitado por las partículas y la pérdida de energía debido a la turbulencia. Un nuevo análisis utilizó una poderosa supercomputadora para estudiar este trastorno.

El estudio examinó la compleja interacción entre el movimiento lento a gran escala de los iones de combustible de hidrógeno y el movimiento pequeño y rápido de los electrones. Encontró que esta llamada «turbulencia multiescala» es principalmente responsable de la pérdida de calor en la región del borde de los experimentos tokamak en las condiciones requeridas para un reactor de fusión óptimo.

El artículo ha sido publicado en la revista Física del plasma y fusión controlada.

Las simulaciones anteriores se centraron en la turbulencia resultante del movimiento a gran escala de los iones de combustible de hidrógeno. Los recientes avances en computación han permitido nuevas simulaciones que pueden acoplar escalas espaciales y temporales de iones de hidrógeno a escalas espaciales más pequeñas y escalas temporales más rápidas de electrones mucho más ligeros. Los iones de hidrógeno son 1800 veces más pesados ​​que los electrones.

En este estudio, utilizando una de las computadoras más poderosas del mundo, la supercomputadora Summit en Oak Ridge Command Computing Facility, una instalación para usuarios del DOE, los científicos realizaron las primeras simulaciones de turbulencia de plasma en el borde del tokamak de captura multifotónica. Escala de interacción electrónica e iónica. El equipo incluyó investigadores de General Atomics y la Universidad de California en San Diego. Las simulaciones predicen con precisión las pérdidas de calor medidas en experimentos en tokamak DIII-D. Los resultados revelan que el desorden a escalas electrónicas pequeñas puede convertirse en el principal impulsor de la pérdida de calor en el borde del tokamak.

La turbulencia del plasma puede limitar el rendimiento de los reactores de fusión. Los investigadores saben que la región del borde del plasma tokamak juega un papel clave en la determinación de la retención de energía general. Las nuevas simulaciones de supercomputadoras proporcionan predicciones muy necesarias de la perturbación de los bordes. Esto ayudará a los investigadores de la ciencia de la fusión a diseñar reactores de fusión de última generación, como el ITER, con un rendimiento de fusión óptimo.