Modalità localizzate Edge, ELM in breve, sono uno dei disturbi del confinamento del plasma che sono causati dall'interazione tra le particelle di plasma cariche e la gabbia del campo magnetico confinante. Durante gli eventi ELM, il plasma di bordo perde il suo confinamento per un breve periodo e periodicamente proietta particelle di plasma ed energia verso l'esterno sulle pareti del vaso. Tipicamente, un decimo del contenuto energetico totale può quindi essere espulso bruscamente. Mentre l'attuale generazione di dispositivi di fusione di medie dimensioni può far fronte a questo, dispositivi di grandi dimensioni come ITER o una futura centrale elettrica non sarebbero in grado di resistere a questo ceppo.

Metodi sperimentali per attenuare, sopprimere o evitare gli ELM sono già stati sviluppati con successo negli attuali dispositivi di fusione (vedi PI 3/2020). Dopo un lungo lavoro precedente, è stato ora possibile per la prima volta mediante simulazioni computazionali identificare l'innesco responsabile dell'insorgenza esplosiva di queste instabilità di bordo e ricostruire il corso di diversi cicli ELM, in buon accordo con i valori osservati sperimentalmente. Una pubblicazione accettata sulla rivista scientifica Fusione nucleare spiega questo importante prerequisito per prevedere ed evitare instabilità ELM nei futuri dispositivi di fusione.

L'instabilità dell'ELM si accumula dopo una fase di quiete di circa 5-20 millisecondi, a seconda delle condizioni esterne, finché in mezzo millisecondo tra il 5 e il 15% dell'energia immagazzinata nel plasma viene proiettata sulle pareti. Quindi l'equilibrio viene ripristinato fino alla successiva eruzione dell'ELM.

I teorici del plasma intorno al primo autore Andres Cathey di IPP, che provengono da diversi laboratori del programma europeo di fusione EUROfusion, sono stati in grado di descrivere e spiegare in dettaglio i complessi processi fisici alla base di questo fenomeno:come un'interazione non lineare tra effetti destabilizzanti - il forte aumento della pressione del plasma al bordo del plasma e l'aumento della densità di corrente - e il flusso di plasma stabilizzante. Se la potenza di riscaldamento immessa nel plasma viene modificata nella simulazione, il risultato calcolato mostra lo stesso effetto sul tasso di ripetizione degli ELM, cioè la frequenza, come aumento della potenza di riscaldamento in un esperimento al plasma presso ASDEX Upgrade tokamak:esperimento e simulazione sono d'accordo.

Sebbene i processi avvengano in tempi brevissimi, la loro simulazione richiede un grande sforzo di calcolo. Questo perché la simulazione deve risolvere in piccoli passaggi di calcolo sia il breve crash ELM che la lunga fase di sviluppo tra due ELM, un problema di calcolo che potrebbe essere risolto solo con uno dei supercomputer più veloci attualmente disponibili.

Per le simulazioni è stato utilizzato il codice JOREK, un codice non lineare per il calcolo dei plasmi tokamak in geometria realistica, che si sta sviluppando nella cooperazione europea e internazionale con forti contributi dell'IPP.