Un codice informatico utilizzato dai fisici di tutto il mondo per analizzare e prevedere gli esperimenti sui tokamak può ora approssimare il comportamento di nuclei atomici altamente energetici, o ioni, nei plasmi di fusione più accuratamente che mai. La nuova capacità, sviluppato dal fisico Mario Podestà presso il Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), equipaggia il codice noto come TRANSP con un sottoprogramma che simula il moto che porta alla perdita di ioni energetici causata dalle instabilità nel plasma che alimenta le reazioni di fusione. Il codice, il cui nome deriva dal termine "trasporto, " è ospitato presso PPPL.

Podestà ha modellato gli ioni altamente energetici che vengono utilizzati per riscaldare il plasma. Queste particelle, che i fisici iniettano come atomi neutri, vengono ionizzati all'interno del plasma e ne aumentano l'energia termica. Il modello potrebbe applicarsi anche alle particelle energetiche generate dalla fusione nei futuri tokamak.

I fisici devono prevedere e ridurre al minimo la perdita di questi ioni dal plasma in strutture a forma di ciambella chiamate tokamak per ottenere un alto livello di prestazioni. La perdita improvvisa può fermare le reazioni di fusione e danneggiare i componenti rivolti verso il plasma. La previsione e il controllo della perdita di calore sarà cruciale per ITER, il tokamak internazionale in costruzione in Francia, in cui le temperature devono raggiungere i 150 milioni di gradi Celsius, o 10 volte il calore al centro del sole.

I risultati di Podestà si basano sulla ricerca che ha condotto nel 2015. "Il lavoro originale con il mio modello si è concentrato sulla riproduzione, modellazione, e interpretare i risultati degli esperimenti esistenti, " ha detto. "Questo nuovo lavoro esplora la possibilità di utilizzare lo stesso modello per prevedere il trasporto di particelle energetiche in esperimenti futuri".

La revisione, riportato a luglio sulla rivista Fisica del plasma e fusione controllata , impiega un sottoprogramma chiamato "modello di calcio" per simulare il movimento di ioni veloci causati da instabilità nel plasma. Il modello del calcio cattura solo la quantità minima di fisica necessaria per simulare questo fenomeno specifico.

Il sottoprogramma consente di completare i calcoli in poche ore, piuttosto che settimane o mesi. Usare il modello di calcio significa sacrificare una certa precisione, ma consente ai ricercatori di ottenere risultati più rapidamente. "Questo è il compromesso, Ha detto Podestà. Il sostegno a questa ricerca arriva dall'Office of Science (Fusion Energy Sciences) del DOE.

Podestà ha testato la sua versione modificata confrontandola con i dati prodotti dal National Spherical Torus Experiment (NSTX) di PPPL prima del suo aggiornamento. Il codice modificato prevedeva livelli di trasporto di particelle energetiche che concordavano con gli esperimenti NSTX.

Il nuovo approccio suggerisce che con ulteriori modifiche, tali previsioni possono essere rese più affidabili con un limitato aumento del tempo di calcolo. "La domanda prima di questa ricerca era se possiamo prevedere cosa accadrà nei futuri esperimenti, con un minimo di informazioni preliminari, — disse il Podestà. — Ora sembra che possiamo, e questi risultati favorevoli motivano ulteriori miglioramenti al modello."