Las simulaciones de fusión revelan nat multiescala

Las simulaciones de fusión revelan nat multiescala

Artículo Destacado | 21 de junio de 2023

Los científicos utilizan simulaciones de supercomputadoras para comprender la compleja interacción entre el movimiento del plasma de iones a gran escala y el movimiento del plasma de electrones a pequeña escala para determinar el rendimiento de la fusión.

DOE/Departamento de Energía de EE. UU.

La ciencia

La creación de energía de fusión eficiente y autosuficiente requiere un buen confinamiento del calor en el plasma. contención de plasma está limitada por las pérdidas de partículas y energía debidas a la turbulencia. Un nuevo análisis utilizó una poderosa supercomputadora para estudiar esta turbulencia. El estudio examinó la compleja interacción entre el movimiento lento a gran escala de los iones de hidrógeno y el movimiento rápido a pequeña escala de los electrones. Descubrió que esta «turbulencia de múltiples escalas» es la principal responsable de las pérdidas de calor en la región periférica de los experimentos con tokamak en las condiciones requeridas para un reactor de fusión optimizado.

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El impacto

La turbulencia del plasma puede limitar el rendimiento de los reactores de fusión. Los investigadores saben que la región de plasma periférico del tokamak juega un papel clave en la definición del confinamiento energético global. Las nuevas simulaciones de supercomputadoras proporcionan predicciones muy necesarias de la turbulencia de borde. Ayudará investigadores de la ciencia de la fusión en el diseño de reactores de fusión de próxima generación como ITER con un rendimiento de fusión óptimo.

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Resumen

Las simulaciones anteriores se han centrado en la turbulencia provocada 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 espaciales y temporales de los iones de hidrógeno a las escalas espaciales más pequeñas y escalas temporales más rápidas de electrones mucho más ligeros. Los iones de hidrógeno son 1800 veces más pesados ​​que los electrones.

Usando una de las computadoras más poderosas del mundo, la supercomputadora Summit en Instalación informática de liderazgo de Oak Ridge, una instalación para usuarios del Departamento de Energía, los científicos realizaron las primeras simulaciones de turbulencia de plasma en el borde de los tokamaks que capturan la interacción ion-electrón en múltiples escalas. El equipo incluyó investigadores de General Atomics y la Universidad de California, San Diego. Las simulaciones predicen con precisión las pérdidas de calor medidas experimentalmente en el DIII-D tokamak. Los resultados 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.

Fondos

Este trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, Oficina de Ciencias de la Energía de Fusión.

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