Para fundir átomos de hidrogênio em hélio, dispositivos em forma de donut chamados tokamaks devem manter o calor do plasma ultraquente que controlam. Mas como água fervente, plasma tem bolhas, ou bolhas, que se infiltram dentro da borda do plasma, reduzindo o desempenho do plasma retirando o calor que sustenta as reações de fusão.

Agora, cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) concluíram novas simulações que podem fornecer uma visão sobre como as bolhas na borda do plasma se comportam. As simulações, produzido por um código chamado XGC1 desenvolvido por uma equipe nacional baseada no PPPL, realizaram simulações cinéticas de duas regiões diferentes da borda do plasma simultaneamente. Essa habilidade produz uma imagem mais fundamental e completa de como o calor se move do plasma para as paredes, potencialmente causando danos.

“Nas simulações, muitas vezes separamos duas áreas na borda do plasma, conhecidas como pedestal e a camada de raspagem, e focamos em uma ou outra, "disse o físico do PPPL Michael Churchill, autor principal de um artigo que descreve os resultados na revista Física do plasma e fusão controlada . "O XGC1 é único porque é capaz de simular as duas regiões simultaneamente, usando equações cinéticas de íons e elétrons. Na verdade, é importante incluir ambas as regiões nas simulações porque elas afetam uma à outra. "

As simulações permitem que os cientistas explorem o plasma, o quarto e mais quente estado da matéria em que os elétrons são separados dos núcleos atômicos, sem realizar experimentos físicos que podem ser caros. Eles também às vezes fornecem percepções que os experimentos físicos não fornecem. Simulações de turbulência na borda do plasma, perto de onde o plasma se aproxima da parede interna de um tokamak, são particularmente importantes. Quanto mais os cientistas entendem essa turbulência, mais eles serão capazes de impedir a formação de bolhas móveis de plasma na borda do plasma. Se não for controlado, essas bolhas podem drenar grandes quantidades de calor do plasma confinado, e possivelmente danificar os componentes voltados para o plasma ou impedir as reações de fusão.

O código XGC1 simula plasma em modo de alto confinamento, ou modo H, um conjunto de condições que ajudam o plasma a reter seu calor. No modo H, os resultados mostraram, um grande número de bolhas se forma entre o pedestal e a camada de raspagem, duas condições perto da borda, e mova-se em direção à borda externa, cruzando as linhas do campo magnético à medida que avançam.

Os blobs desempenham um papel importante no movimento de saída das partículas no plasma. Blobs causam aproximadamente 50 por cento da perda de partículas na borda do plasma, e os pesquisadores observaram bolhas em uma ampla gama de dispositivos de plasma, incluindo tokamaks, dispositivos de fusão em forma de oito conhecidos como stellarators, e máquinas lineares. "O quadro geral é que os blobs podem extrair energia e partículas do plasma, e você não quer isso, "Churchill disse." Você quer manter as coisas confinadas. "