Modos Localizados de Borda, ELMs para abreviar, são um dos distúrbios do confinamento do plasma que são causados ​​pela interação entre as partículas carregadas do plasma e a gaiola do campo magnético confinante. Durante eventos ELM, o plasma da borda perde seu confinamento por um curto período de tempo e, periodicamente, lança partículas de plasma e energia para fora das paredes dos vasos. Tipicamente, um décimo do conteúdo total de energia pode, portanto, ser ejetado abruptamente. Embora a geração atual de dispositivos de fusão de médio porte possa lidar com isso, dispositivos grandes, como o ITER ou uma futura usina de energia, não seriam capazes de suportar essa tensão.

Métodos experimentais para atenuar, suprimir ou evitar ELMs já foram desenvolvidos com sucesso nos dispositivos de fusão atuais (ver PI 3/2020). Após extenso trabalho anterior, agora foi possível, pela primeira vez, por meio de simulações computacionais, identificar o gatilho responsável pelo início explosivo dessas instabilidades de borda e reconstruir o curso de vários ciclos de ELM - em bom acordo com os valores observados experimentalmente. Uma publicação aceita em revista científica Fusão nuclear explica este importante pré-requisito para prever e evitar instabilidades de ELM em dispositivos de fusão futuros.

A instabilidade do ELM se acumula após uma fase silenciosa de cerca de 5 a 20 milissegundos - dependendo das condições externas - até que em meio milissegundo entre 5 e 15 por cento da energia armazenada no plasma seja jogada nas paredes. Em seguida, o equilíbrio é restaurado até a próxima erupção do ELM.

Os teóricos do plasma em torno do primeiro autor Andres Cathey do IPP, que vêm de vários laboratórios do programa europeu de fusão EUROfusion, foram capazes de descrever e explicar os complexos processos físicos por trás desse fenômeno em detalhes:como uma interação não linear entre os efeitos desestabilizadores - o aumento acentuado da pressão do plasma na borda do plasma e o aumento na densidade da corrente - e o fluxo do plasma estabilizador. Se a potência de aquecimento alimentada ao plasma for alterada na simulação, o resultado calculado mostra o mesmo efeito na taxa de repetição dos ELMs, ou seja, a frequência, como um aumento da potência de aquecimento em um experimento de plasma na ASDEX Upgrade tokamak:experimento e simulação estão em acordo.

Embora os processos ocorram em um tempo muito curto, sua simulação requer um grande esforço computacional. Isso ocorre porque a simulação deve ser resolvida em pequenas etapas de cálculo, tanto o curto travamento do ELM quanto a longa fase de desenvolvimento entre dois ELMs - um problema de cálculo que só poderia ser resolvido com um dos supercomputadores mais rápidos disponíveis atualmente.

Para as simulações foi utilizado o código JOREK, um código não linear para o cálculo de plasmas tokamak em geometria realista, que está sendo desenvolvido em cooperação europeia e internacional com fortes contribuições do IPP.