Fusion combina elementi leggeri sotto forma di plasma:"il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici - "per generare enormi quantità di energia. Uno dei modi in cui gli scienziati aiutano a riscaldare il plasma è iniettando fasci di particelle energetiche nei tokamak per fornire energia sufficiente alle particelle di plasma per superare la repulsione reciproca e si fondono insieme. Le particelle iniettate, però, può anche produrre onde che fanno fuoriuscire l'energia del plasma dai campi magnetici che la confinano, raffreddando il plasma e contribuendo a spegnere le reazioni di fusione. È quindi vantaggioso per lo sviluppo dell'energia di fusione sopprimere queste onde.

I ricercatori del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hanno sviluppato nuovi strumenti matematici per prevedere quando le onde saranno presenti e potrebbero raffreddare il plasma. È importante sottolineare che le espressioni matematiche prevedono che un secondo raggio iniettato con un angolo diverso dal raggio originale sopprimerà l'effetto indesiderato delle onde, fornendo nuovi metodi per mantenere il confinamento del plasma. Tale secondo raggio (Figura 1) è stato installato sul National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) a PPPL.

I fisici del PPPL hanno eseguito simulazioni al computer dettagliate per modellare gli esperimenti in cui sono state osservate le onde. I risultati concordavano con i dati degli esperimenti sul predecessore dell'NSTX-U.

"Questi risultati non solo spiegano le osservazioni delle onde negli esperimenti passati, ma anche indicare come evitare l'impatto negativo delle onde utilizzando diverse miscele dei due fasci su NSTX-U che iniettano particelle energetiche ad angoli diversi, "dice Jeff Lestz, uno studente laureato che lavora al progetto presso PPPL.

Gli scienziati del PPPL ora intendono confrontare le loro previsioni con altri esperimenti di fusione su tokamak come il DIII-D National Fusion Facility, su cui sono installate le travi con diversi orientamenti e angoli di iniezione. Senza questa comprensione dettagliata, gli scienziati non possono prevedere in modo affidabile come riscaldare efficacemente il plasma, influenzando la progettazione degli impianti di fusione e potenzialmente limitando le prestazioni di fusione nei dispositivi di fusione tokamak.