Investigadores del Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión (NIFS) y del Instituto Max Planck de Física de Plasmas (IPP) han logrado clarificar el mecanismo que subyace a las fluctuaciones acopladas en plasmas de fusión mediante simulaciones avanzadas. Este descubrimiento tiene implicaciones significativas para la investigación en energía de fusión, un área crítica en la búsqueda de fuentes de energía sostenibles y limpias.
Las fluctuaciones en los plasmas de fusión, causadas por partículas energéticas, son fenómenos bien conocidos que pueden degradar la retención de estas partículas. Sin embargo, estas mismas fluctuaciones también pueden contribuir al calentamiento de los iones del combustible de fusión. La investigación se centra en el estudio de fluctuaciones acopladas, que son especialmente relevantes debido a que pueden desarrollar fenómenos a gran escala y liberar mayor energía que las fluctuaciones individuales.
Mecanismos de Fluctuación en Plasmas de Fusión
En experimentos realizados en el dispositivo ASDEX Upgrade en Alemania, se observaron dos fluctuaciones que se producían de manera acoplada, aunque el mecanismo detrás de esta acoplamiento seguía siendo un enigma. Utilizando un código de simulación denominado «MEGA», los científicos del NIFS han podido reproducir el fenómeno observado, mostrando que la primera fluctuación, con una frecuencia de 103 kHz, provocaba el surgimiento de una segunda fluctuación a 51 kHz, la cual alcanzaba una amplitud mayor que la primera.
La clave para entender este acoplamiento reside en la distribución de las partículas energéticas dentro del plasma. A medida que la primera fluctuación crecía, la función de distribución de estas partículas se deformaba, lo que a su vez generaba la segunda fluctuación. Este hallazgo revela una interdependencia entre las fluctuaciones y la distribución de las partículas energéticas, un aspecto que podría abrir nuevas vías para mejorar la retención de estas partículas en el plasma y, por ende, optimizar el proceso de fusión.
El uso de simulaciones en supercomputadoras ha permitido a los investigadores analizar con detalle la evolución temporal de la función de distribución de las partículas energéticas, lo que es esencial para comprender cómo las fluctuaciones afectan el comportamiento del plasma. Gracias a estos avances, se espera que se desarrollen métodos para suprimir la generación acoplada de fluctuaciones, lo cual es fundamental para el éxito de los reactores de fusión del futuro.
Este estudio no solo tiene aplicaciones en la energía de fusión en la Tierra, sino que también podría ser relevante para comprender fenómenos en plasmas espaciales, donde se han observado fluctuaciones acopladas causadas por partículas energéticas. La metodología desarrollada en este estudio podría, por tanto, extender su utilidad más allá del laboratorio y hacia el vasto campo de la astrofísica.
