Ученые из Ок-Риджской национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили неожиданное явление, которое ухудшает работу реакторов термоядерного синтеза. Исследование было опубликовано в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.
В токамаках используется тороидальное магнитное поле для удержания нагретой до экстремальных температур плазмы, предотвращая её контакт со стенками. Однако это удержание ограничено устойчивой потерей тепла из-за турбулентности. Ранее предполагалось, что нежелательная турбулентность снижается, если плазма начинает вращаться под влиянием инжекции нейтрального луча — пучка быстродвижущихся атомов и молекул.
В новом исследовании был применен суперкомпьютер Frontier в Ок-Риджской национальной лаборатории Министерства энергетики США. Ученые разработали модель, включающую влияние вращения плазмы на ионы и электроны, а также учли их сложное взаимодействие. Это позволило моделировать турбулентность на границе плазмы вблизи стенок токамака с высокой точностью.
Оказалось, что взаимодействие между ионами и электронами в краевой области плазмы может усиливать турбулентность, несмотря на ожидание, что вращение плазмы снижает турбулентность ионов. Это открытие противоречит существующим теориям, согласно которым легкие электроны не оказывают значительного влияния на турбулентность. Это имеет важные последствия для оптимизации конструкций токамаков, таких как ИТЭР, где сохранение тепла и энергии в плазме критически важно для поддержания реакции.
Кроме того, ученые провели моделирование влияния различных изотопов водородного топлива на термоядерный синтез. Использование однородной смеси дейтерия и трития (DT) приводит к пятикратному увеличению производительности по сравнению с обычной дейтериевой плазмой.
Это исследование имеет ключевое значение для дальнейшего развития технологий термоядерного синтеза, поскольку обеспечивает более глубокое понимание процессов, происходящих в токамаках.
Источник: https://lenta.ru/news/2024/06/26/obnaruzheno-uhudshayuschee-rabotu-termoyadernyh-reaktorov-yavlenie/
