Recientemente, investigadores de la Universidad de California en San Diego publicaron un nuevo modelo teórico que proporciona una explicación posible para una discrepancia conocida en la investigación de fusión nuclear.

El estudio, escrito por los físicos Mingyun Cao y Patrick Diamond, se centra en el tokamak, el dispositivo principal utilizado para generar energía de fusión controlada, y resuelve un problema persistente en su desarrollo. Los investigadores señalaron: "La dinámica del acoplamiento borde-núcleo es crucial para la optimización de plasmas de fusión por confinamiento magnético".

El enfoque de la investigación está en las características físicas del límite del plasma, una región compleja que es vital para mantener la reacción de fusión. En la investigación de fusión, los dispositivos tokamak utilizan campos magnéticos para confinar plasma a temperaturas de hasta varios millones de grados Fahrenheit, y los científicos usan simulaciones computacionales complejas para predecir el comportamiento del plasma. Sin embargo, estas simulaciones no han podido explicar completamente el ancho de la capa de turbulencia observada en el borde del plasma, un problema conocido como el "problema de escasez", que introduce incertidumbre en los modelos predictivos. Comprender con precisión el borde del plasma es significativo para mantener las condiciones de fusión y proteger los componentes internos del reactor de los efectos de altas temperaturas; las diferencias entre los resultados de simulaciones y experimentos han sido un tema de investigación continua.

La investigación de la Universidad de California en San Diego reexaminó los procesos que ocurren en el límite externo del plasma. Este límite no es estático y experimenta eventos de relajación de gradiente, donde el borde del plasma se rompe en diferentes estructuras, incluyendo filamentos de densidad aumentada que se mueven hacia afuera (llamados "blobes") y estructuras de densidad reducida que se mueven hacia adentro (llamadas "vacíos"). Las investigaciones pasadas se han centrado principalmente en estos grumos, ya que su movimiento hacia la pared del reactor es una interacción más directa y fácilmente observable, mientras que el rol de los vacíos que se mueven hacia adentro es poco conocido. La investigación señaló: "Desde que se propuso inicialmente, se ha especulado que la turbulencia que se propaga hacia adentro desde el límite podría ser una forma posible de excitar la región de acoplamiento borde-núcleo".

Cao y Diamond desarrollaron un nuevo modelo basado en principios fundamentales, tratando los vacíos como entidades coherentes de partículas para analizar su impacto en el plasma. Los investigadores enfatizaron: "El mecanismo detallado de este proceso ha sido un misterio, hasta que observaciones experimentales recientes han observado que eventos de relajación de gradiente regulares e intensos generan pares de blobs y vacíos muy cerca de la última superficie de flujo cerrado".

El modelo indica que cuando los vacíos se mueven desde el borde del plasma más frío hacia el núcleo más caliente, atravesar el gradiente pronunciado de temperatura y densidad del plasma genera ondas de deriva de plasma, que transfieren energía y momento, generando turbulencia local adicional. Según los cálculos del grupo de investigación, este mecanismo recién descubierto podría ser la causa de la turbulencia adicional observada en experimentos pero ausente en modelos tempranos.