Per fondere atomi di idrogeno in elio, dispositivi a forma di ciambella chiamati tokamak devono mantenere il calore del plasma ultra caldo che controllano. Ma come l'acqua bollente, il plasma ha delle macchie, o bolle, che percolano all'interno del bordo del plasma, riducendo le prestazioni del plasma sottraendo calore che sostiene le reazioni di fusione.

Ora, gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno completato nuove simulazioni che potrebbero fornire informazioni su come si comportano le macchie sul bordo del plasma. Le simulazioni, prodotto da un codice chiamato XGC1 sviluppato da un team nazionale con sede a PPPL, hanno eseguito simulazioni cinetiche di due diverse regioni del bordo del plasma contemporaneamente. Questa capacità produce un quadro più fondamentale e più completo di come il calore si sposta dal plasma alle pareti, potenzialmente causando danni.

"Nelle simulazioni, spesso separiamo due aree sul bordo del plasma note come piedistallo e strato raschiante e ci concentriamo sull'una o sull'altra, " ha detto il fisico PPPL Michael Churchill, autore principale di un articolo che descrive i risultati sulla rivista Fisica del plasma e fusione controllata . "XGC1 è unico perché è in grado di simulare entrambe le regioni contemporaneamente, usando equazioni cinetiche di ioni ed elettroni. Infatti, è importante includere entrambe le regioni nelle simulazioni perché si influenzano a vicenda".

Le simulazioni consentono agli scienziati di esplorare il plasma, il quarto e più caldo stato della materia in cui gli elettroni sono separati dai nuclei atomici, senza eseguire esperimenti fisici che potrebbero essere costosi. A volte forniscono anche intuizioni che gli esperimenti fisici non forniscono. Simulazioni di turbolenza al bordo del plasma, vicino al punto in cui il plasma si avvicina alla parete interna di un tokamak, sono particolarmente importanti. Più gli scienziati capiscono tale turbolenza, più saranno in grado di impedire la formazione di macchie di plasma in movimento nel bordo del plasma. Se non controllato, queste bolle potrebbero drenare grandi quantità di calore dal plasma confinato, e possibilmente danneggiare i componenti rivolti verso il plasma o ostacolare le reazioni di fusione.

Il codice XGC1 simulava il plasma in modalità ad alto confinamento, o modalità H, una serie di condizioni che aiutano il plasma a trattenere il calore. In modalità H, i risultati hanno mostrato, si forma un gran numero di bolle tra il piedistallo e lo strato raschiante, due condizioni vicino al bordo, e spostati verso il bordo esterno, attraversando le linee del campo magnetico mentre procedono.

I blob svolgono un ruolo importante nel movimento verso l'esterno delle particelle nel plasma. I blob causano circa il 50 percento della perdita di particelle sul bordo del plasma, e i ricercatori hanno osservato macchie in un'ampia gamma di dispositivi al plasma, compresi i tokamak, dispositivi di fusione a forma di otto noti come stellarator, e macchine lineari. "Il quadro generale è che i blob possono estrarre energia e particelle dal plasma, e tu non lo vuoi, " Churchill ha detto. "Vuoi mantenere le cose confinate".