物理学家了解等离子体边缘的气泡

为了将氢原子融合成氦，称为托卡马克的环形装置必须保持它们控制的超热等离子体的热量。但是像沸水一样，等离子体具有在等离子体边缘渗透的斑点或气泡，通过去除维持聚变反应的热量来降低等离子体的性能。

现在，美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家已经完成了新的模拟，可以深入了解等离子体边缘的斑点是如何表现的。由基于PPPL的国家团队开发的名为XGC1的代码产生的模拟同时对等离子体边缘的两个不同区域进行动力学模拟。这种能力可以产生更加基本和更全面的图像，说明热量如何从等离子体移动到墙壁，可能造成损害。

“在模拟中，我们经常将等离子体边缘的两个区域分开，称为基座和刮除层，并将注意力集中在其中一个区域，”PPPL物理学家迈克尔丘吉尔说，他是一篇描述等离子体杂志结果的论文的第一作者。物理和受控融合。“XGC1是独一无二的，因为它能够使用动能离子和电子方程同时模拟这两个区域。事实上，将这两个区域包含在模拟中是很重要的，因为它们相互影响。”

模拟技术使科学家们能够探索等离子体，这是物质与原子核分离的第四种也是最热的物质状态，而无需进行昂贵的物理实验。他们有时也会提供物理实验所没有的见解。在等离子体接近托卡马克内壁的等离子体边缘处的湍流模拟尤为重要。科学家越了解这种湍流，他们就能越好地阻止等离子体中等离子体的移动。如果不加以控制，这些斑点可能会从受限等离子体中排出大量热量，并可能损坏面向等离子体的成分或阻碍聚变反应。

XGC1代码在高限制模式或H模式下模拟等离子体，这是一组有助于等离子体保持其热量的条件。在H模式中，结果显示，在基座和刮削层之间形成大量的斑点，在边缘附近形成两个条件，并且朝向外边缘移动，随着它们越过磁场线。

斑点在等离子体中颗粒的向外运动中起重要作用。Blob在等离子体边缘引起大约50%的颗粒损失，研究人员观察到各种等离子体装置中的斑点，包括托卡马克，八字形融合装置(称为仿星器)和线性机器。丘吉尔说：“总的来说，斑点可以将能量和粒子从等离子体中吸出来，而你却不希望这样。” “你想把事情限制在一边。”

科学家在位于田纳西州橡树岭的DOE科学用户设施办公室Oak Ridge Leadership Computing Facility进行模拟美国最快的超级计算机Titan。大部分模拟后分析是在加利福尼亚州伯克利劳伦斯伯克利国家实验室的DOE科学用户设施办公室国家能源研究科学计算中心(NERSC)进行的。的合着者的等离子物理学与受控聚变文件包括PPPL物理学家CS张，承古锄，和Julien Dominski。

未来的研究将集中在如何形成斑点以及它们的行为如何受到托卡马克形状的影响。科学家还必须充分确定密度，温度和电磁力如何影响斑点的行为。