Fysiker Fatima Ebrahimi vid US Department of Energy (DOE) vid Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har för första gången använt avancerade modeller för att exakt simulera nyckelegenskaper för det cykliska uppträdandet hos så kallade kantlänkar (ELM), en särskild form av instabilitet i fusionsplasma.
Forskningsresultaten kan hjälpa fysiker att förstå hur plasma, denna heta, laddade gas, uppträder när den eldar upp fusionsreaktioner i donutsformade fusionsanläggningar som kallas för tokamak och vars uppgift är att producera driftsäkert plasma för fusionsreaktioner.
Resultaten kan också öka kunskapen om solfläckar, som ger upphov till utbrott av enorma massor av plasma från solens yta till rymden.
Ebrahimi, som redogjorde för sitt arbete i tidskriften Physics of Plasmas, kom fram till resultaten genom icke-linjär simulering av instabiliteten i plasma.
- Den här forskningen reproducerar och förklarar både det bristande eller kvasi-periodiska beteendet hos ELMS. Om detta beteende uppstår i stora tokamak i framtiden kan det skada några av reaktorns interna komponenter. Att kunna förstå beteendet kan hjälpa forskare att förhindra skadorna, förklarar Ebrahimi.
ELMs uppstår runt den yttre kanten av plasmats H-läge på grund av starka kantströmmar. Ebrahimi använde en kod för datorsimulering, känd som NIMROD, för att visa hur ELMs går igenom en upprepad cykel under vilken de skapar, utvecklar och försvinner.
Modellen visar att ELM kan bildas när en tvär strömningsgradient befinner sig vid plasmakanten. Ojämnheten utvecklas när plasma rör sig plötsligt upp eller ner, vilket orsakar ett kort avbrott i flödet och därmed bildas en så kallad kant-ojämnhet.
Instabiliteten bildar sedan strömförande fibrer som rör sig runt tokamaken och producerar elektriska fält som i sin tur stör de strömmar som orsakade ELMs. När den ursprungliga strömmen störs, dör ELM.
- Därmed eliminerar en ELM sin egen källa genom att stödet för kantströmmen försvinner som resultat av dess egen rörelse, sade Ebrahimi.
Ebrahimis upptäckt är kompatibel med observationer av cykliskt beteende hos ELM i tokamaker runt om i världen. Dessa inkluderar Pegasus, en liten sfärisk enhet vid University of Wisconsin; Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) i Storbritannien; Och National Spherical Torus Experiment (NSTX), en "flaggskeppsanläggning" vid PPPL.
Forskningsresultatet kan också förbättra förståelsen av solutbrott, som orsakar fiberliknande strukturer, som påminner om de som produceras av ELM. Ebhahimi kommer nu att undersöka effekten av skillnader i det tryck som plasma utövar på det cykliska uppträdandet hos ELM.
DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory.
