Turbolenza, il disturbo violentemente indisciplinato del plasma, può impedire al plasma di diventare abbastanza caldo da alimentare le reazioni di fusione. A lungo una preoccupazione sconcertante dei ricercatori è stata l'impatto sulla turbolenza degli atomi riciclati dalle pareti dei tokamak che confinano il plasma. Questi atomi sono neutri, il che significa che non hanno carica e quindi non sono influenzati dal campo magnetico del tokamak o dalla turbolenza del plasma, a differenza degli elettroni e degli ioni, o nuclei atomici, nel plasma. Ancora, esperimenti hanno suggerito che gli atomi neutri potrebbero aumentare significativamente la turbolenza del plasma di bordo, da qui l'interesse teorico per i loro effetti.
Nel primo tentativo di fisica di base di studiare l'impatto degli atomi, i fisici del Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hanno modellato come i neutri riciclati, che sorgono quando il plasma caldo colpisce le pareti di un tokamak, aumentare la turbolenza guidata da quello che viene chiamato "gradiente di temperatura ionica" (ITG). Questo gradiente è presente sul bordo di un plasma di fusione nei tokamak e rappresenta la transizione dal nucleo caldo del plasma al confine più freddo adiacente alle superfici del materiale circostante.
Codice per computer su scala estrema
I ricercatori hanno utilizzato il codice cinetico XGC1 su scala estrema per ottenere la simulazione, che ha rappresentato il primo passo per esplorare le condizioni generali create dai neutri riciclati. "Simulare la turbolenza del plasma nella regione marginale è piuttosto difficile, " ha detto il fisico Daren Stotler. "Lo sviluppo del codice XGC1 ci ha permesso di incorporare la fisica delle particelle neutre di base nei calcoli cinetici del computer, in multiscala, con turbolenza microscopica e dinamiche di fondo su macroscala, " ha detto. "Questo non era possibile in precedenza."
I risultati, riportato sul giornale Fusione nucleare nel mese di luglio, ha mostrato che gli atomi neutri migliorano la turbolenza ITG in due modi:
Confronto con gli esperimenti
Andando avanti, i ricercatori intendono confrontare i risultati del loro modello con osservazioni sperimentali, un compito che richiederà simulazioni più complete che includono altre modalità di turbolenza. I risultati potrebbero portare a una migliore comprensione della transizione dei plasmi da basso confinamento ad alto confinamento, o H-mode:la modalità in cui si prevede che i futuri tokamak operino. I ricercatori generalmente considerano un riciclaggio inferiore, e quindi meno neutri, come favorevole al funzionamento in modalità H. Questo lavoro può anche portare a una migliore comprensione delle prestazioni del plasma in ITER, l'impianto internazionale di fusione in costruzione in Francia, in cui il riciclaggio neutro può differire da quello osservato nei tokamak esistenti.
