Gli ELM si verificano nel bordo del plasma e hanno il potenziale di danneggiare la vicina parete del reattore. Una caratteristica che può influenzare gli ELM è la forma della sezione trasversale del plasma.

I ricercatori usano il termine triangolarità del plasma per descrivere quanto la forma del plasma si discosta da una forma ovale. La maggior parte dei plasmi studiati hanno triangolarità positiva, nel senso che hanno una sezione trasversale a forma di D con la porzione verticale della "D" vicino al montante centrale del tokamak.

In una recente ricerca, gli scienziati hanno studiato la triangolarità negativa, la forma inversa con la parte verticale vicino alla parete esterna. È noto che i plasmi a triangolarità negativa mostrano una certa autoregolazione dei gradienti. Attraverso un'analisi approfondita dei dati del programma DIII-D National Fusion Facility, i ricercatori hanno dimostrato che questa modellatura era intrinsecamente priva di instabilità in varie condizioni del plasma. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Physical Review Letters .

Questa ricerca ha dimostrato che i plasmi a triangolarità negativa sono esenti da instabilità potenzialmente dannose nella regione del bordo del plasma senza sacrificare le prestazioni di fusione. Ciò suggerisce che la modellatura della triangolarità negativa stabilizza le instabilità nel bordo del plasma.

Allo stesso tempo, raggiunge le elevate prestazioni di base e le condizioni marginali necessarie per ottenere le condizioni di combustione del plasma di cui avranno bisogno le future centrali elettriche a fusione. Questo risultato suggerisce che la modellazione della triangolarità negativa potrebbe essere un approccio ideale per la progettazione di centrali elettriche a fusione.

Gli esperimenti eseguiti con il tokamak del DIII-D National Fusion Facility hanno esplorato l'uso della modellatura della triangolarità negativa per limitare lo sviluppo di ELM altamente instabili ed energetici. Il lavoro faceva parte di una più ampia collaborazione sulla triangolarità negativa che comprendeva quasi tutte le istituzioni che perseguivano la ricerca sulla fusione negli Stati Uniti.

Sebbene gli ELM siano comuni nelle condizioni del plasma ad alte prestazioni rilevanti per le centrali elettriche a fusione, lo studio ha scoperto che la modellatura della triangolarità negativa limita lo sviluppo di gradienti di temperatura e pressione che possono trasformarsi in ELM nel bordo del plasma.

In particolare, i plasmi con forte triangolarità negativa (meno di -0,15) non hanno mostrato alcuna instabilità, anche con l’elevata potenza di riscaldamento e le prestazioni del core che tipicamente causano gli ELM. L'analisi approfondita di un ampio set di dati DIII-D che rappresenta una serie di condizioni, tra cui le elevate prestazioni del core e la compatibilità dei bordi necessarie per i reattori a fusione, ha mostrato costantemente questa natura priva di ELM.

Questo lavoro è stato reso possibile dalla diagnostica completa e ad alta fedeltà del tokamak DIII-D e i miglioramenti nella modellazione hanno contribuito a supportare le conclusioni che mostrano una migliore stabilità in una gamma più ampia di condizioni.

Inoltre, questa stabilità intrinseca era più robusta della soppressione dell’ELM ottenuta con altri approcci, come le perturbazioni magnetiche risonanti per sopprimere gli ELM o il funzionamento in un regime privo di ELM. Pertanto, la modellazione della triangolarità negativa ha il potenziale per limitare le instabilità dannose del plasma ad alta energia che rappresentano attualmente una delle principali sfide nella progettazione delle centrali elettriche a fusione. Ciò indica che l'approccio della triangolarità negativa merita ulteriori indagini per l'applicazione nella progettazione di centrali elettriche a fusione.