p Quando a densidade do quente, gás ionizado (conhecido como plasma) em um tokamak excede um certo limite, geralmente leva a uma rápida perda de calor e correntes de plasma. As correntes são necessárias para confinar o plasma. Esses eventos podem danificar seriamente o tokamak. Antes da interrupção, os cientistas costumam observar grandes ilhas magnéticas. As ilhas magnéticas são isoladas termicamente, pequenas "bolhas" de plasma. Investigações recentes confirmaram que os cientistas poderiam usar essas ilhas para prever corretamente o limite de densidade. A equipe mostrou que quando a ilha fica grande o suficiente, o núcleo quente do plasma se mistura com o plasma frio e causa a ruptura. Eles podem usar essas informações para controlar as interrupções. p O limite de densidade em tokamaks tem sido um obstáculo experimental por décadas. É fundamental entender o limite de densidade. Porque? Porque na energia de fusão produzida por tokamaks, quanto mais alta for a densidade do plasma, mais energia é produzida. Este trabalho explica corretamente o limite de densidade. Isso levou a sugestões de que o limite de densidade pode ser excedido aquecendo cuidadosamente a ilha magnética usando fontes de aquecimento externas ou reduzindo a densidade de impurezas.

p Nesse trabalho, a expressão clássica para o crescimento do tamanho de uma ilha magnética é estendida para incluir o efeito da assimetria da ilha (mostrado na figura) e o efeito das perturbações térmicas dentro da ilha. Essas correções são cruciais para a compreensão da dinâmica do crescimento da ilha magnética e, portanto, das interrupções.

p Não só a ilha muda com o tempo, o mesmo ocorre com o equilíbrio do plasma de fundo. Este efeito deve ser levado em consideração para obter uma precisão, solução autoconsistente. Um modelo de indutância interna é usado para calcular a evolução do equilíbrio com o aumento da densidade do plasma, e a radiação de impureza é calculada com taxas de resfriamento de equilíbrio de corona.

p O limite de densidade aumentado previsto pelo novo modelo concorda quase perfeitamente, como mostrado na figura (direita), com as leis de escala derivadas de um banco de dados experimental de interrupções para os tokamaks mais importantes do mundo. Quando a densidade do plasma é aumentada, as correntes de plasma encolhem, e assim o aquecimento é reduzido. A radiação de impureza, por outro lado, é proporcional ao quadrado da densidade do plasma; tão, conforme a densidade dobra, o resfriamento quádruplo.

p A ilha magnética crescerá quando a potência de "resfriamento" que flui para fora da ilha exceder a potência de "aquecimento" que flui para dentro. O aquecimento vem da resistência elétrica pequena, mas significativa, às correntes de plasma. O resfriamento vem da radiação emitida por impurezas na ilha magnética.