Artículo destacado | 21 de junio de 2023
Los científicos utilizan simulaciones de supercomputadoras para comprender la compleja interacción entre el movimiento de iones a gran escala y el movimiento de plasma de electrones pequeños para determinar el rendimiento de la fusión.
imagen: Contraste entre la turbulencia debida al movimiento iónico a gran escala (izquierda) y la turbulencia a múltiples escalas que se acopla al pequeño movimiento rápido de los electrones (derecha) para impulsar la pérdida de calor en el tokamak.
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Crédito: Imagen cortesía de EA Belli
Ciencia
Establecer una fuerza de fusión eficiente y autosuficiente requiere un buen confinamiento del calor en el plasma. Confinamiento de plasma Limitado por pérdidas de partículas y energía debido a la turbulencia. Un nuevo análisis utilizó una poderosa supercomputadora para estudiar este trastorno. El estudio examinó la compleja interacción entre el movimiento lento a gran escala de los iones de combustible de hidrógeno y el movimiento pequeño y rápido de los electrones. Encontró que esta llamada «turbulencia multiescala» es principalmente responsable de la pérdida de calor en la región del borde de los experimentos tokamak en las condiciones requeridas para un reactor de fusión óptimo.
La influencia
La turbulencia del plasma puede limitar el rendimiento de los reactores de fusión. Los investigadores saben que la región del borde del plasma tokamak juega un papel clave en la determinación de la retención de energía general. Las nuevas simulaciones de supercomputadoras proporcionan predicciones muy necesarias de la perturbación de los bordes. Esto ayudará investigadores de fusión En el diseño de reactores de fusión de última generación como el ITER con un rendimiento de fusión óptimo.
resumen
Las simulaciones anteriores se centraron en la turbulencia resultante del movimiento a gran escala de los iones de combustible de hidrógeno. Los recientes avances en computación han permitido nuevas simulaciones que pueden relacionar las escalas espaciales y temporales de los iones de hidrógeno con las escalas espaciales más pequeñas y las escalas temporales más rápidas de los electrones mucho más livianos. Los iones de hidrógeno son 1800 veces más pesados que los electrones.
Usando una de las computadoras más poderosas del mundo, la supercomputadora Summit Instalación informática de Oak Ridge Drive, una instalación para usuarios del DOE, los científicos realizaron las primeras simulaciones de perturbación de plasma en el borde del tokamak que capturan la interacción multiescala entre iones y electrones. El equipo incluyó investigadores de General Atomics y la Universidad de California en San Diego. Las simulaciones predicen con precisión las pérdidas de calor medidas en los experimentos en DIII-D tokamak. Los resultados revelan que el desorden a escalas electrónicas pequeñas puede convertirse en el principal impulsor de la pérdida de calor en el borde del tokamak.
financiación
Este trabajo fue financiado por el Departamento de Energía, Oficina de Ciencias, Oficina de Ciencias de la Energía de Fusión.
