聚變發(fā)電廠使用磁場來容納一個攜帶電流的氣體球（稱為等離子體）。這創(chuàng)造了一個微型的太陽，通過核聚變產(chǎn)生能量。緊湊型先進(jìn)托卡馬克（CAT）概念使用最先進(jìn)的物理學(xué)模型，有可能改善聚變能源的生產(chǎn)。模型顯示，通過仔細(xì)塑造等離子體和等離子體中的電流分布，核聚變工廠的操作人員可以抑制等離子體中的湍流渦流。

這些渦流會導(dǎo)致熱損失。這將使操作員能夠以較低的電流實現(xiàn)更高的壓力和聚變功率。這一進(jìn)展可以幫助實現(xiàn)等離子體自我維持并驅(qū)動其自身大部分電流的狀態(tài)。

在這種托卡馬克反應(yīng)堆的方法中，在降低等離子體電流的情況下提高性能，減少了壓力和熱負(fù)荷，從而減輕了聚變電站設(shè)計者所面臨的一些工程和材料挑戰(zhàn)。更高的壓力也增加了一種效應(yīng)，即等離子體中的粒子運(yùn)動自然產(chǎn)生了所需的電流。這大大減少了對昂貴的電流驅(qū)動系統(tǒng)的需求，這些系統(tǒng)消耗了聚變電站的潛在電力輸出。它還實現(xiàn)了固定的"永遠(yuǎn)在線"形態(tài)。與典型的脈沖式核聚變發(fā)電方法相比，這種方法使核聚變電站在運(yùn)行過程中受到的壓力更小，從而使核聚變電站更小、更便宜。

在過去的一年里，美國能源部（DOE）聚變能源科學(xué)咨詢委員會和美國國家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)研究院發(fā)布了路線圖，呼吁在美國積極發(fā)展聚變能源。研究人員認(rèn)為，實現(xiàn)這一目標(biāo)需要開發(fā)出比目前更有效和更經(jīng)濟(jì)的方法來創(chuàng)造聚變能源。用于創(chuàng)建CAT概念的方法開發(fā)了新的反應(yīng)堆模擬，利用對等離子體的最新物理學(xué)理解來提高性能。研究人員將在DIII-D國家核聚變設(shè)施驗證的最先進(jìn)的理論與使用國家能源研究科學(xué)計算中心的Cori超級計算機(jī)的前沿計算相結(jié)合。這些模擬確定了通向一個概念的道路，該概念能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能，基本上是自我維持的配置，比典型的脈沖配置更有效地保持能量，使其能夠以更小的規(guī)模和成本建造。