邊緣局部化模式，簡稱ELM，是由帶電等離子體粒子與約束磁場籠之間的相互作用引起的等離子體約束干擾之一。在ELM事件期間，邊緣等離子體在短時間內(nèi)失去其約束，并定期將等離子體顆粒和能量向外拋出到血管壁上。通常，總能量含量的十分之一因此可以突然彈出。盡管當前的中型聚變設備可以解決這一問題，但大型設備(如ITER或未來的發(fā)電廠)將無法承受這種壓力。

在當前的融合設備中已經(jīng)成功開發(fā)出了衰減，抑制或避免ELM的實驗方法(請參閱PI 3/2020)。經(jīng)過廣泛的先前工作，現(xiàn)在首次可以通過計算仿真來識別引起這些邊緣不穩(wěn)定性爆炸爆發(fā)的觸發(fā)因素，并重建幾個ELM循環(huán)的過程，這與實驗觀察值非常吻合?？茖W期刊 《核聚變》中接受的出版物解釋了預測和避免未來聚變設備中ELM不穩(wěn)定的重要前提。

ELM的不穩(wěn)定性會在大約5到20毫秒的安靜階段(取決于外部條件)之后累積，直到半毫秒內(nèi)，存儲在等離子體中的能量的5%到15%會被甩到墻壁上。然后恢復平衡，直到下一次ELM爆發(fā)。

來自歐洲聚變計劃EUROfusion的多個實驗室的IPP第一作者安德烈斯·凱西(Andres Cathey)周圍的等離子體理論家，能夠詳細描述和解釋此現(xiàn)象背后的復雜物理過程：作為不穩(wěn)定作用之間的非線性相互作用，等離子體邊緣處的等離子體壓力急劇上升，電流密度增加，并使等離子體流量穩(wěn)定。如果在模擬中改變了饋入等離子體的加熱功率，則計算結果將顯示出對ELM重復率(即頻率)的相同影響，這與ASDEX升級等離子體實驗中的等離子體加熱功率的增加相同：和模擬是一致的。

在ASDEX升級融合設備的等離子下部邊緣進行ELM碰撞的計算機模擬。該視頻顯示了在35毫秒內(nèi)幾個ELM周期內(nèi)等離子體壓力的變化。圖片來源：馬克斯·普朗克等離子體物理研究所/ Andres Cathey，Matthias Hoelzl

盡管這些過程發(fā)生的時間很短，但是它們的仿真需要大量的計算工作。這是因為仿真必須將較短的ELM崩潰和兩個ELM之間的漫長開發(fā)階段分解為小的計算步驟，而這種計算問題只能用當前可用的最快的超級計算機之一來解決。

對于仿真，使用了JOREK代碼，這是一種用于計算實際幾何形狀中的托卡馬克等離子體的非線性代碼，在IPP的大力支持下，它正在歐洲和國際合作中進行開發(fā)。