Particelle subatomiche sfrecciano attorno a macchine di fusione a forma di anello note come tokamak e talvolta si fondono, rilasciando grandi quantità di energia. Ma queste particelle, un brodo di elettroni carichi e nuclei atomici, o ioni, noti collettivamente come plasma, a volte possono fuoriuscire dai campi magnetici che li confinano all'interno dei tokamak. La perdita raffredda il plasma, riducendo l'efficienza delle reazioni di fusione e danneggiando la macchina. Ora, i fisici hanno confermato che un codice informatico aggiornato potrebbe aiutare a prevedere e, in definitiva, a prevenire il verificarsi di tali perdite.

Il team di ricerca ha aggiornato TRANSP, il codice di simulazione del plasma sviluppato presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e utilizzato nei centri di ricerca sulla fusione di tutto il mondo, installando un nuovo bit di codice noto come kick model in uno dei componenti TRANSP. Il modello kick, così chiamato perché simula le scosse di energia che colpiscono le particelle all'interno del plasma, consente a TRANSP di simulare il comportamento delle particelle in modo più accurato rispetto a prima. Aiutato da sottoprogrammi noti come NUBEAM e ORBIT che modellano il comportamento del plasma distillando informazioni da dati grezzi, questa versione aggiornata di TRANSP potrebbe aiutare i fisici a comprendere e prevedere meglio le perdite, oltre a creare soluzioni ingegneristiche per ridurli al minimo.

Fusione, la forza che guida il sole e le stelle, è la fusione di elementi leggeri sotto forma di plasma, il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

Il team ha scoperto che la versione aggiornata di TRANSP ha modellato accuratamente l'effetto dell'instabilità a dente di sega, un tipo di disturbo che colpisce le reazioni di fusione, sul movimento di particelle altamente energetiche che aiutano a causare reazioni di fusione. "Questi risultati sono importanti perché possono consentire ai fisici di utilizzare lo stesso approccio per affrontare un ampio spettro di instabilità senza passare da un modello all'altro a seconda del problema specifico, " ha detto il fisico PPPL Mario Podestà, un coautore del documento che ha riportato i risultati in Fusione nucleare . I risultati, sulla base di instabilità a dente di sega che si sono verificate durante il funzionamento del National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) di PPPL nel 2016, estendere la precedente ricerca PPPL all'inserimento di modelli kick in TRANSP.

La versione aggiornata di TRANSP può simulare il comportamento del plasma di esperimenti che non sono stati ancora condotti, detto Podestà. "Poiché comprendiamo la fisica incorporata nel modello di calcio, e poiché quel modello ha simulato con successo i risultati di esperimenti passati per i quali disponiamo di dati, abbiamo fiducia che il modello kick possa modellare accuratamente esperimenti futuri, " Egli ha detto.

Nel futuro, i ricercatori vogliono determinare cosa succede tra le instabilità per avere un senso più completo di ciò che sta accadendo nel plasma. Intanto, Podestà e gli altri scienziati sono incoraggiati dai risultati attuali. "Ora vediamo un percorso per migliorare i modi in cui possiamo simulare determinati meccanismi che disturbano le particelle di plasma, "Questo ci avvicina a previsioni affidabili e quantitative per le prestazioni dei futuri reattori a fusione", ha detto Podestà.