Исследователи открывают новые способы улучшения управления плазмой с помощью суперкомпьютера
Ученые из «General Atomics» и Университета Сан-Диего использовали гирокинетический код CGYRO на суперкомпьютере «Frontier» в Оук-Риджской национальной лаборатории для создания многомасштабной симуляции колебаний температуры плазмы, вызванных турбулентностью, сделав прорыв в удержании плазмы. Выводы команды могут помочь оптимизировать конструкцию будущих токамаков.
Удержание плазмы в термоядерных реакторах – токамаках – ограничивается небольшими, но постоянными, потерями тепла, вызванными турбулентностью. Важным методом улучшения герметизации токамаков является побочный продукт широко распространенной системы инжекции нейтрального пучка, который использует направленные частицы для нагрева плазмы до 150,000 000°C.
Считалось, что кроме нагрева, пучок также заставляет плазму вращаться вокруг камеры токамака, тем самым улучшает качество изоляции. Зато новое исследование, проведенное на суперкомпьютере «Frontier» в Оук-Риджской национальной лаборатории, выявило важные исключения из суждения о вращении плазмы в токамаках. По словам Эмили Белли, физика из «General Atomics» в Сан-Диего, ведущего автора статьи, область плазменного края – важна, поскольку определяет глобальное ограничение энергии и тепла в плазме, но рассчитать турбулентность в ней очень сложно. Для расчета необходимо учесть часто игнорируемое взаимодействие между очень тяжелыми ионами и очень легкими электронами. Предыдущие симуляции в этой пограничной области проводились ранее, но ученые были ограничены в вычислениях и могли использовать только физику ионов или только физику электронов, и возможности описать сложное взаимодействие между ними не было, но теперь это стало возможным благодаря «Frontier».
Команда ученых смоделировала влияние вращения плазмы на оба типа частиц. Учтя взаимодействие между ионами и электронами, вращение может увеличить общий уровень турбулентности, но впоследствии это снизит качество удержания.
Проведенное исследование в будущем улучшит контроль над плазмой и герметизацию токамаков, чем на шаг приблизит применение термоядерного синтеза в коммерческих целях.