Le tokamak est une chambre expérimentale qui contient un gaz de particules chargées énergétiques, plasma, pour développer la production d'énergie à partir de la fusion nucléaire. La plupart des grands tokamaks créent le plasma avec des solénoïdes, de grandes bobines magnétiques qui s'enroulent au centre des vaisseaux et injectent le courant qui démarre le plasma et complète le champ magnétique qui maintient le gaz super chaud en place. Mais les futurs tokamaks devront se passer de solénoïdes, qui fonctionnent par impulsions courtes plutôt que pendant des semaines ou des mois à la fois comme les centrales à fusion commerciales devront le faire.

Des simulations informatiques récentes ont suggéré une nouvelle méthode pour lancer le plasma sans utiliser de solénoïdes. La modélisation de simulation montre la formation de des structures magnétiques porteuses de courant appelées plasmoïdes qui peuvent initier le plasma et compléter le champ magnétique complexe.

Tout commence par des lignes de champ magnétique, ou des boucles, qui s'élèvent par une ouverture dans le sol du tokamak. Comme les lignes de champ sont électriquement forcées de se dilater dans le vaisseau, une fine couche, ou feuille, de courant électrique peut se former. Grâce à un processus appelé reconnexion magnétique, la feuille peut se briser et former une série de plasmoïdes en forme d'anneau qui sont l'équivalent magnétique des anneaux de bulles créés par les dauphins.

Les plasmoïdes prédits par ordinateur ont été confirmés avec des images de caméra rapide à l'intérieur de la National Spherical Torus Experiment (NSTX), la principale installation de fusion du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie; l'installation a depuis été modernisée. Les plasmoïdes fusionnent pour former un grand anneau portant jusqu'à 400, 000 ampères de courant, créer une phase de démarrage du plasma à l'intérieur du tokamak.

Cette modélisation avancée des plasmoïdes a également conduit à une autre découverte majeure :les conditions dans lesquelles un grand volume de fermeture de ligne de champ et un courant de démarrage maximal peuvent être obtenus par la mise à niveau de l'expérience nationale du tore sphérique (NSTX-U).

Des structures de type plasmoïde sont également observées dans la nature, comme lors d'événements solaires éruptifs. La formation globale de plasmoïdes observée dans le tokamak apporte un éclairage nouveau sur le processus de reconnexion magnétique et le mécanisme de déclenchement des éruptions solaires. Ces résultats révèlent également que la même reconnexion à médiation plasmoïde qui se produit dans l'espace a un rôle de premier plan à jouer dans la fermeture des lignes de champ magnétique et le démarrage du plasma dans NSTX-U.