No National Institutes of Natural Sciences Institute for Fusion Science (NIFS), um grupo de pesquisa usando o supercomputador NIFS 'Plasma Simulator' conseguiu pela primeira vez no mundo calcular os movimentos de um bilhão de partículas de plasma e o campo elétrico construído por eles partículas. Avançar, eles esclareceram a partir do nível de partícula (nível micro) os movimentos da bolha de plasma que aparece nas regiões de borda dos plasmas de alta temperatura.

Antecedentes da Pesquisa

A geração de energia de fusão utiliza a reação de fusão que ocorre dentro de um plasma de alta temperatura. A fim de alcançar a geração de energia de fusão, confinamos o plasma no campo magnético com uma configuração de rosca. Juntamente com o aumento da temperatura e da densidade na região central do plasma, também é necessário controlar o plasma na região da borda que circunda o plasma. Na região da borda do plasma confinado aparece a bolha de plasma. Como esta bolha de plasma se move na direção da parede do vaso de confinamento, portanto, existe a preocupação de que o plasma entre em contato com a parede e a temperatura do plasma caia (veja a Figura 1). A fim de controlar este tipo de blob de plasma, compreender e prever precisamente o movimento da bolha é um dos tópicos importantes na realização futura da energia de fusão. A fim de investigar em detalhes os movimentos complicados de um blob de plasma, simulações computacionais são necessárias. Existem vários métodos para realizar simulações da reunião de partículas (íons e elétrons) que carregam eletricidade. O método mais preciso é aquele que calcula o movimento de cada partícula que compõe o plasma e calcula o campo elétrico assim produzido. Para entender com precisão o comportamento de um blob de plasma, uma simulação do nível micro (nível de partícula) é necessária. Contudo, foi extremamente difícil realizar tal simulação porque uma quantidade imensa de cálculos é necessária.

Resultados da pesquisa

Dr. Hiroki Hasegawa e Dr. Seiji Ishiguro, no National Institute of Fusion Science, usando o supercomputador Simulador de Plasma NIFS, pela primeira vez no mundo, o supercomputador conseguiu realizar uma simulação de nível micro de uma bolha de plasma na "região da borda" do plasma. O Simulador de Plasma tem a maior capacidade do mundo como um supercomputador dedicado ao uso de plasma e ciência de fusão. Aqui, além de desenvolver recentemente um programa de cálculo, utilizando a capacidade do Simulador de Plasma, eles também foram capazes de calcular os movimentos de um bilhão de partículas. Ao calcular plasmas do mesmo tamanho, o número de cálculos excedeu 10, 000 em comparação com o método usado até agora para calcular as partículas da bolha como se fossem uma unidade.

De acordo com esta simulação, análises finamente detalhadas que incorporaram a influência mutuamente fornecida pelo movimento das partículas e do campo elétrico, que não tinha sido possível nos métodos usados ​​até agora, tornou-se possível. Avançar, ao mesmo tempo que buscamos os movimentos de uma bolha de plasma semelhante a uma corda a partir do nível da partícula, fomos capazes de esclarecer a estrutura interna de nível micro dos movimentos das partículas dentro do plasma e a distribuição da temperatura (ver Figura 2). Ao compreender este tipo de estrutura interna, tornou-se possível investigar a influência dessa estrutura interna sobre o movimento de uma bolha de plasma. Além disso, esclarecemos a condição em que uma bolha de plasma carrega impurezas (ver Figura 3).

Os resultados da pesquisa, junto com um grande avanço na compreensão do comportamento de um blob de plasma, melhoraram muito a precisão da previsão. Os resultados da pesquisa foram relatados na 26ª Conferência de Energia de Fusão da Associação Internacional de Energia Atômica (IAEA), realizada em Kyoto, Japão de 17 a 22 de outubro, 2016. Os resultados também foram altamente avaliados, e mais tarde foram apresentados como uma palestra convidada no trigésimo terceiro encontro anual da Sociedade Japonesa de Pesquisa de Plasma e Fusão Nuclear em Sendai, Japão, realizada de 29 de novembro a 2 de dezembro, 2016, onde os resultados da pesquisa também chamaram muita atenção.