För att fusion ska kunna äga rum krävs ett plasma med tillräckligt hög temperatur och tillräckligt högt tryck för att atomer ska slås samman. Olika former av turbulens kan emellertid röra runt i den heta soppan av elektriskt laddade partiklar och skingra en del av den intensiva hettan. Ett av fusionsforskningens största problem är därför att förstå och förutspå precis hur denna turbulens fungerar och hur den ska kunna undvikas.
Teoretiska förutsägelser har länge varit oförenliga med observerade resultat i testreaktorer, vilket varit ett stort olöst problem när det gäller att förstå den turbulens som leder till värmeförluster i fusionsreaktorer. Att lösa detta problem är avgörande för att förutspå prestandan hos nya fusionsreaktorer som det internationella fusionsprojektet ITER.
Nu menar amerikanska forskare från Plasma Science and Fusion Center vid MIT, University of California at San Diego, General Atomics och Princeton Plasma Physics Laboratory att de har en lösning.
Forskarnas resultat, som är så förvånande att de till att börja med själva tvivlade på dem, visar att samspel mellan turbulens i mycket liten skala, närmare bestämt på elektronnivå, och turbulens i omkring 60 gånger större skala, på jonnivå, kan förklara de mystiska skillnaderna mellan teori och experimentella observationer.
- Jag är extremt förvånad, säger Anne White vid MIT, som tillägger att det krävdes en grundlig undersökning av de detaljerade resultaten från datorsimuleringar tillsammans med de motsvarande experimentella observationerna för att visa att det kontraintuitiva resultatet stämde.
Fysiker har i mer än tio år räknat med att turbulens som orsakas av elektroner är så obetydlig i förhållande till turbulensen hos joner att den är försumbar. Den nya forskningen visar emellertid att de haft fel och att de två formerna av turbulens samverkar så starkt med varandra att det är omöjligt att förstå effekten av dem utan att inkludera båda sorterna i en simulering.
Forskare från General Atomics utnyttjar nu resultaten för att utveckla en förenklad och strömlinjeformad simulering, som kan köras på en vanlig bärbar dator.
