為了將氫原子融合成氦，稱為托卡馬克的環(huán)形裝置必須保持它們控制的超熱等離子體的熱量。但是像沸水一樣，等離子體具有在等離子體邊緣滲透的斑點(diǎn)或氣泡，通過(guò)去除維持聚變反應(yīng)的熱量來(lái)降低等離子體的性能。

現(xiàn)在，美國(guó)能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的科學(xué)家已經(jīng)完成了新的模擬，可以深入了解等離子體邊緣的斑點(diǎn)是如何表現(xiàn)的。由基于PPPL的國(guó)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)的名為XGC1的代碼產(chǎn)生的模擬同時(shí)對(duì)等離子體邊緣的兩個(gè)不同區(qū)域進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬。這種能力可以產(chǎn)生更加基本和更全面的圖像，說(shuō)明熱量如何從等離子體移動(dòng)到墻壁，可能造成損害。

“在模擬中，我們經(jīng)常將等離子體邊緣的兩個(gè)區(qū)域分開，稱為基座和刮除層，并將注意力集中在其中一個(gè)區(qū)域，”PPPL物理學(xué)家邁克爾丘吉爾說(shuō)，他是一篇描述等離子體雜志結(jié)果的論文的第一作者。物理和受控融合。“XGC1是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗軌蚴褂脛?dòng)能離子和電子方程同時(shí)模擬這兩個(gè)區(qū)域。事實(shí)上，將這兩個(gè)區(qū)域包含在模擬中是很重要的，因?yàn)樗鼈兿嗷ビ绊憽?rdquo;

模擬技術(shù)使科學(xué)家們能夠探索等離子體，這是物質(zhì)與原子核分離的第四種也是最熱的物質(zhì)狀態(tài)，而無(wú)需進(jìn)行昂貴的物理實(shí)驗(yàn)。他們有時(shí)也會(huì)提供物理實(shí)驗(yàn)所沒(méi)有的見解。在等離子體接近托卡馬克內(nèi)壁的等離子體邊緣處的湍流模擬尤為重要。科學(xué)家越了解這種湍流，他們就能越好地阻止等離子體中等離子體的移動(dòng)。如果不加以控制，這些斑點(diǎn)可能會(huì)從受限等離子體中排出大量熱量，并可能損壞面向等離子體的成分或阻礙聚變反應(yīng)。

XGC1代碼在高限制模式或H模式下模擬等離子體，這是一組有助于等離子體保持其熱量的條件。在H模式中，結(jié)果顯示，在基座和刮削層之間形成大量的斑點(diǎn)，在邊緣附近形成兩個(gè)條件，并且朝向外邊緣移動(dòng)，隨著它們?cè)竭^(guò)磁場(chǎng)線。

斑點(diǎn)在等離子體中顆粒的向外運(yùn)動(dòng)中起重要作用。Blob在等離子體邊緣引起大約50%的顆粒損失，研究人員觀察到各種等離子體裝置中的斑點(diǎn)，包括托卡馬克，八字形融合裝置(稱為仿星器)和線性機(jī)器。丘吉爾說(shuō)：“總的來(lái)說(shuō)，斑點(diǎn)可以將能量和粒子從等離子體中吸出來(lái)，而你卻不希望這樣。” “你想把事情限制在一邊。”

科學(xué)家在位于田納西州橡樹嶺的DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室Oak Ridge Leadership Computing Facility進(jìn)行模擬美國(guó)最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)Titan。大部分模擬后分析是在加利福尼亞州伯克利勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心(NERSC)進(jìn)行的。的合著者的等離子物理學(xué)與受控聚變文件包括PPPL物理學(xué)家CS張，承古鋤，和Julien Dominski。

未來(lái)的研究將集中在如何形成斑點(diǎn)以及它們的行為如何受到托卡馬克形狀的影響?？茖W(xué)家還必須充分確定密度，溫度和電磁力如何影響斑點(diǎn)的行為。