Las simulaciones de fusión revelan la naturaleza multiescala de la turbulencia tokamak

La creación de energía de fusión eficiente y autosuficiente requiere un buen confinamiento del calor en el plasma. El confinamiento del plasma está limitado por las pérdidas de partículas y energía debidas a la turbulencia. Un nuevo análisis ha utilizado una poderosa supercomputadora para estudiar esta turbulencia.

El estudio examinó la compleja interacción entre el movimiento lento a gran escala de los iones de combustible de hidrógeno y el movimiento rápido a pequeña escala de los electrones. Descubrió que esta llamada «turbulencia multiescala» es la principal responsable de las pérdidas de calor en la región del borde de los experimentos con tokamak en las condiciones requeridas para un reactor de fusión optimizado.

El artículo se publica en la revista Física del plasma y fusión controlada.

Las simulaciones anteriores se han centrado en la turbulencia impulsada por el movimiento a gran escala de los iones de combustible de hidrógeno. Los recientes avances en computación han permitido nuevas simulaciones que pueden acoplar las escalas de espacio y tiempo de los iones de hidrógeno a las escalas espaciales más pequeñas y las escalas de tiempo más rápidas de los electrones mucho más livianos. Los iones de hidrógeno son 1800 veces más pesados ​​que los electrones.

En este estudio, utilizando una de las computadoras más poderosas del mundo, la supercomputadora Summit en Oak Ridge Leadership Computing Facility, una instalación de usuario del Departamento de Energía, los científicos realizaron las primeras simulaciones de turbulencia de plasma en el borde de tokamaks que capturan el multi interacción ión-electrón a escala. El equipo incluyó investigadores de General Atomics y la Universidad de California en San Diego. Las simulaciones predicen con precisión las pérdidas de calor medidas en experimentos en el tokamak DIII-D. Los hallazgos revelan que la turbulencia a pequeñas escalas de electrones puede convertirse en el principal impulsor de la pérdida de calor en el borde del tokamak.

La turbulencia del plasma puede limitar el rendimiento de los reactores de fusión. Los investigadores saben que la región del borde del plasma tokamak juega un papel clave en el establecimiento del confinamiento general de energía. Las nuevas simulaciones de supercomputadoras proporcionan predicciones muy necesarias de la turbulencia de borde. Esto ayudará a los investigadores de la ciencia de la fusión a diseñar reactores de fusión de última generación como el ITER con un rendimiento de fusión óptimo.