位於 DIII-D 國家核融合設施的研究人員最近發現了一種新方法，能夠控制威脅未來電廠結構完整性的能量爆發。通過精確控制等離子體最外層的密度，科學團隊成功展示了一種抑制大型破壞性不穩定性的方法，同時保持發電所需的高性能核心。研究人員在新聞稿中表示：「托卡馬克在核融合能量生產方面展現出巨大的潛力。然而，大型的能量破壞性爆發可能會損壞設備的內部，未來的商業設備必須避免這種情況。」
要生成能量，核融合反應堆必須將其核心等離子體保持在數百萬度的高溫。然而，這會創造一個不穩定的環境，使等離子體可能出現邊緣局部模式（ELMs）—突然而猛烈的能量爆發，像微型閃電一樣轟擊設備的內部牆壁。為了使商業電廠長期運行而不融化自身硬件，必須實現核心邊緣整合，也就是說核心必須保持足夠的高溫以進行核融合，但邊緣又必須保持穩定以保護反應堆的外殼。新聞稿中解釋道：「為了避免材料損壞，同時保持核心的高性能，設備必須限制其牆壁的劇烈溫度波動，這就是所謂的核心邊緣整合。」
雖然科學家們早已觀察到，等離子體邊緣的高密度可以導致較小的 ELMs，但其背後的物理原理仍然是一個謎。DIII-D 團隊使用先進的 BOUT++ 模擬代碼對混合等離子體進行建模，發現一個特定的狀態，在這個狀態下，剝離層（SOL）中的高密度會根本改變這些不穩定性的性質。研究揭示了等離子體行為的關鍵轉變，證明高 SOL 密度能夠穩定剝離-氣球模式，這些大型不穩定性會導致破壞性爆發，從而有效地抑制大型 ELMs。相較於一次性猛烈的能量爆發，高密度會引發局部壓力峰和氣球不穩定性，這會導致頻繁但無害的能量脈衝，從而觸發良性的湍流。最重要的是，與其他可能洩漏熱量和降低效率的抑制方法不同，這種方法通過保持高壓核心來確保核心性能不受影響。
團隊的實驗掃描確認，通過塑造 SOL 密度輪廓，可以可靠地保持這些可接受的小 ELMs。除了理論上的突破外，研究人員還確定了未來反應堆設備（如 ITER）實時控制的關鍵診斷指標。研究人員強調，維持這種小 ELM 狀態對於穩態等離子體運行至關重要。透過解決核心邊緣整合的難題，DIII-D 設施正在將實驗科學轉向碳中和能源未來的實際工程。新聞稿最後指出：「商業核融合能源生產的計劃依賴於能夠在邊緣產生低熱通量並在核心實現高約束的等離子體的能力。最近的研究顯示，托卡馬克在小 ELM 狀態下運行可以降低排氣口的熱通量，並改善雜質排放，同時保持核心的高性能。」
