A física Fatima Ebrahimi do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) usou pela primeira vez modelos avançados para simular com precisão as principais características do comportamento cíclico dos modos localizados na borda (ELMs), um tipo particular de instabilidade do plasma. As descobertas podem ajudar os físicos a compreender mais plenamente o comportamento do plasma, o calor, gás carregado que alimenta as reações de fusão em instalações de fusão em forma de donut chamadas tokamaks, e produzir plasmas de maneira mais confiável para reações de fusão. As descobertas também podem fornecer informações sobre explosões solares, as erupções de enormes massas de plasma da superfície do sol para o espaço.

Ebrahimi, que relatou o trabalho em maio em um artigo intitulado, "Modos localizados de borda de reconexão não linear em plasmas portadores de corrente" no jornal Física dos Plasmas , alcançou os resultados por meio de simulação não linear da instabilidade. "Esta pesquisa reproduz e explica o tipo de explosão, ou quase periódico, comportamento do ELMS, "disse Ebrahimi." Se ocorrer em grandes tokamaks no futuro, essas explosões podem danificar alguns dos componentes internos da máquina. Entendê-los pode ajudar os cientistas a prevenir esse dano. "

ELMs ocorrem em torno da borda externa do alto confinamento, ou modo H, plasmas devido a fortes correntes de borda. Ebrahimi usou um código de simulação de computador conhecido como NIMROD para mostrar como os ELMs passam por um ciclo repetido no qual se formam, desenvolve, e desaparecer.

O modelo demonstra que os ELMs podem se formar quando existe um gradiente acentuado de corrente na borda do plasma. O gradiente se desenvolve quando o plasma se move repentinamente para cima ou para baixo, criando uma saliência na corrente e formando uma folha atual de borda. A instabilidade, então, forma um filamento condutor de corrente que se move ao redor do tokamak, produzindo campos elétricos que interferem nas correntes que causaram a formação dos ELMs. Com as correntes originais interrompidas, o ELM morre. "De certa forma, "Ebrahimi disse, "um ELM elimina sua própria fonte - apaga a saliência na corrente de borda - por seu próprio movimento."

As descobertas de Ebrahimi são consistentes com observações do comportamento cíclico de ELMs em tokamaks em todo o mundo. Isso inclui Pegasus, um pequeno dispositivo esférico na Universidade de Wisconsin; o Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) no Reino Unido; e o National Spherical Torus Experiment (NSTX), a principal instalação da PPPL antes de sua atualização recente. A pesquisa também pode melhorar a compreensão das erupções solares, que são acompanhados por estruturas filamentares semelhantes às produzidas por ELMs. Sua próxima etapa envolverá a investigação do impacto das diferenças na pressão plasmática no comportamento cíclico dos ELMs.