Pour fusionner des atomes d'hydrogène en hélium, Les dispositifs en forme de beignet appelés tokamaks doivent maintenir la chaleur du plasma ultra chaud qu'ils contrôlent. Mais comme l'eau bouillante, le plasma a des taches, ou des bulles, qui s'infiltrent dans le bord du plasma, réduire les performances du plasma en enlevant la chaleur qui entretient les réactions de fusion.

Maintenant, Des scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont réalisé de nouvelles simulations qui pourraient donner un aperçu du comportement des gouttes au bord du plasma. Les simulations, produit par un code appelé XGC1 développé par une équipe nationale basée à PPPL, effectué des simulations cinétiques de deux régions différentes du bord du plasma simultanément. Cette capacité produit une image plus fondamentale et plus complète de la façon dont la chaleur se déplace du plasma vers les murs, potentiellement causer des dommages.

« Dans les simulations, nous séparons souvent deux zones au bord du plasma appelées piédestal et couche de grattage et nous nous concentrons sur l'une ou l'autre, " a déclaré le physicien du PPPL Michael Churchill, auteur principal d'un article décrivant les résultats dans la revue Physique des plasmas et fusion contrôlée . "XGC1 est unique car il est capable de simuler les deux régions simultanément, en utilisant des équations cinétiques d'ions et d'électrons. En réalité, il est important d'inclure les deux régions dans les simulations car elles s'influencent mutuellement."

Les simulations permettent aux scientifiques d'explorer le plasma, le quatrième et le plus chaud état de la matière dans lequel les électrons sont séparés des noyaux atomiques, sans faire d'expériences physiques qui pourraient être coûteuses. Ils fournissent également parfois des informations que les expériences physiques ne fournissent pas. Simulations de turbulence au bord du plasma, près de l'endroit où le plasma s'approche de la paroi intérieure d'un tokamak, sont particulièrement importants. Plus les scientifiques comprennent de telles turbulences, mieux ils seront capables d'empêcher la formation de gouttes de plasma en mouvement dans le bord du plasma. S'il n'est pas contrôlé, ces taches pourraient drainer de grandes quantités de chaleur du plasma confiné, et éventuellement endommager les composants faisant face au plasma ou entraver les réactions de fusion.

Le code XGC1 simule le plasma en mode haut confinement, ou mode H, un ensemble de conditions qui aident le plasma à conserver sa chaleur. En mode H, les résultats ont montré, un grand nombre de gouttes se forment entre le socle et la couche de raclage, deux conditions près du bord, et se déplacer vers le bord extérieur, croisant les lignes de champ magnétique au fur et à mesure.

Les gouttes jouent un rôle important dans le mouvement vers l'extérieur des particules dans le plasma. Les gouttes causent environ 50 % de la perte de particules au bord du plasma, et les chercheurs ont observé des gouttes dans une large gamme d'appareils à plasma, y compris les tokamaks, dispositifs de fusion en forme de huit appelés stellarators, et machines linéaires. "En gros, les blobs peuvent extraire de l'énergie et des particules du plasma, et tu ne veux pas ça, " Churchill a dit. " Vous voulez garder les choses confinées. "