Дослідники відкривають нові способи покращення керування плазмою за допомогою суперкомп’ютера
Науковці з «General Atomics» та Університету Сан-Дієго використали гірокінетичний код CGYRO на суперкомп’ютері «Frontier» в Оук-Риджській національній лабораторії для створення багатомасштабної симуляції коливань температури плазми, спричинених турбулентністю, зробивши прорив в утриманні плазми. Висновки команди можуть допомогти оптимізувати конструкцію майбутніх токамаків.
Утримання плазми в термоядерних реакторах – токамаках – обмежується невеликими, але постійними, втратами тепла, спричиненими турбулентністю. Важливим методом поліпшення герметизації токамаків є побічний продукт широкорозповсюдженої системи інжекції нейтрального пучку, який використовує напрямлені частинки для нагрівання плазми до 150,000 000°C.
Вважалося, що окрім нагрівання, пучок також змушує плазму обертатися навколо камери токамака, тим самим покращує якість ізоляції. Натомість, нове дослідження, проведене на суперкомп’ютері «Frontier» в Оук-Риджській національній лабораторії, виявило важливі винятки з твердження про обертання плазми в токамаках. За словами Емілі Беллі, фізика з «General Atomics» в Сан-Дієго, провідного автора статті, область плазмового краю – важлива, оскільки визначає глобальне обмеження енергії і тепла в плазмі, але розрахувати турбулентність в ній дуже складно. Для розрахунку необхідно врахувати часто ігноровану взаємодію між дуже важкими іонами і дуже легкими електронами. Попередні симуляції в цій граничній області проводилися раніше, але вчені були обмежені в обчисленнях і могли використовувати лише фізику іонів або лише фізику електронів, й можливості описати складну взаємодію між ними не було, але тепер це стало можливим завдяки «Frontier».
Команда вчених змоделювала вплив обертання плазми на обидва типи частинок. Врахувавши взаємодію між іонами і електронами, обертання може збільшити загальний рівень турбулентності, але згодом це знизить якість утримання.
Проведене дослідження в майбутньому покращить контроль над плазмою та герметизацію токамаків, чим на крок приблизить застосування термоядерного синтезу в комерційних цілях.