La physicienne Fatima Ebrahimi du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) a pour la première fois utilisé des modèles avancés pour simuler avec précision les caractéristiques clés du comportement cyclique des modes localisés aux bords (ELM), un type particulier d'instabilité plasmatique. Les résultats pourraient aider les physiciens à mieux comprendre le comportement du plasma, le chaud, gaz chargé qui alimente les réactions de fusion dans des installations de fusion en forme de beignet appelées tokamaks, et produire de manière plus fiable des plasmas pour les réactions de fusion. Les résultats pourraient également fournir un aperçu des éruptions solaires, les éruptions d'énormes masses de plasma de la surface du soleil dans l'espace.

Ebrahimi, qui a rapporté le travail en mai dans un article intitulé, « Modes localisés de bord de reconnexion non linéaire dans les plasmas porteurs de courant » dans le journal Physique des plasmas , obtenu les résultats grâce à une simulation non linéaire de l'instabilité. "Cette recherche à la fois reproduit et explique le burst-like, ou quasi-périodique, comportement de l'ELMS, " a déclaré Ebrahimi. " Si cela se produit dans les grands tokamaks à l'avenir, ces éclats pourraient endommager certains composants internes de la machine. Les comprendre pourrait aider les scientifiques à prévenir ces dommages. »

Les ELM se produisent autour du bord extérieur du confinement élevé, ou mode H, plasmas dus à de forts courants de bord. Ebrahimi a utilisé un code de simulation informatique connu sous le nom de NIMROD pour montrer comment les ELM passent par un cycle répété au cours duquel ils se forment, développer, et disparaître.

Le modèle démontre que les ELM peuvent se former lorsqu'un fort gradient de courant existe au bord du plasma. Le gradient se développe lorsque le plasma monte ou descend brusquement, créer une bosse dans le courant et former une feuille de courant de bord. L'instabilité forme alors un filament porteur de courant qui se déplace autour du tokamak, produisant des champs électriques qui interfèrent avec les courants qui ont provoqué la formation des ELM. Avec les courants d'origine interrompus, l'ELM meurt. "Dans un sens, " Ebrahimi dit, "un ELM élimine sa propre source - efface la bosse sur le courant de bord - par son propre mouvement."

Les résultats d'Ebrahimi sont cohérents avec les observations du comportement cyclique des ELM dans les tokamaks du monde entier. Il s'agit notamment de Pégase, un petit appareil sphérique à l'Université du Wisconsin; le Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) au Royaume-Uni; et l'expérience nationale du tore sphérique (NSTX), l'installation phare de PPPL avant sa récente mise à niveau. La recherche pourrait également améliorer la compréhension des éruptions solaires, qui s'accompagnent de structures filamenteuses similaires à celles produites par les ELM. Sa prochaine étape consistera à étudier l'impact des différences de pression plasmatique sur le comportement cyclique des ELM.