Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые измерили боковые силы, препятствующие продвижению термоядерного зажигания в реакторе-токамаке
Международный коллектив ученых, куда вошли специалисты МФТИ, объединенный целью понять природу боковых сил, действующих на стенку вакуумной камеры при срывах плазмы в токамаке, оценил величины этих сил в трех разных моделях и провел экспериментальное исследование.
Работа опубликована в Nuclear Fusion. Истоки исследований в области плазменных срывов уходят в эпоху эксперимента JET, где впервые было замечено, что боковые силы могут достигать больших амплитуд и приводить к горизонтальному смещению тора токамака. Эти силы связывали с асимметричными магнитными возмущениями, порожденными плазменными деформациями, нарушающими симметрию конструкции. Первые модели описывали плазму как жесткое токонесущее кольцо, что позволяло оценивать силы по классическим формулам, однако эксперименты показывали, что эти модели дают неверное значение силы.
За последние десятилетия ученые предлагали различные теоретические подходы для объяснения наблюдаемых явлений. Совсем недавно появилась новая модель, предложенная Пустовитовым и его учеником Мироновым — в ту пору студентом МФТИ, которая основывается на принципе отсутствия интегральной электромагнитной силы, действующей непосредственно на плазму. Этот принцип позволяет установить жесткое ограничение на допустимые моды деформаций, тем самым предлагая более сдержанную оценку боковой силы. Однако в токамаке также присутствует целый комплекс проводящих структур, что делает задачу оценки силы особенно сложной.
В недавнем исследовании группа ученых под эгидой международного консорциума провела уникальный эксперимент, целью которого стало изучение боковых сил, возникающих во время срывов плазмы и действующих на стенку вакуумной камеры. В эксперименте физики исследовали динамику плазменного разряда. Главной задачей стало измерение и анализ боковой (горизонтальной) силы, возникающей в результате асимметричных магнитных возмущений, а также сопоставление экспериментальных результатов с теоретическими предсказаниями различных моделей.
Уникальный эксперимент был проведен в Италии международным коллективом с участием российской команды ученых, который работает под эгидой международного проекта ИТЭР.
В работе рассмотрены три случая: VV, TSS и PSS. Случай VV означает оценку боковой (горизонтальной) силы, которая рассчитывается, если учитывать только резистивный вакуумный сосуд (VV) как проводящую структуру. То есть при этом подходе влияние других элементов (например, пассивной стабилизирующей оболочки — PSS, и тороидальной опорной структуры — TSS) не учитывается. Параметры VV (его геометрия, материал, время стенки и электрическое сопротивление) используются для определения вкладов в боковую силу, возникающую при плазменном срыве, исходя из измерений магнитного поля вне сосуда.
Сила в случае TSS означает оценку боковой (горизонтальной) силы, если при расчетах учитывать только резистивную тороидальную опорную конструкцию (TSS) как единственную проводящую стенку. То есть при таком подходе параметры TSS (его материал, геометрия, время стенки и электропроводность) используются для вычисления силы, действующей на эту конструкцию, без учета влияния других структур (как VV или PSS). Однако важно отметить, что в анализе TSS часто игнорируется, поскольку его вклад считается экранированным более эффективной пассивной стабилизирующей оболочкой (PSS).
Сила в случае PSS — это оценка боковой (горизонтальной) силы, рассчитанной при условии, что в качестве проводящей структуры учитывается только пассивная стабилизирующая оболочка (PSS).
Исследователи стремились сравнить величину боковой силы, вычисляемой с помощью магнитных измерений, с прогнозами трех различных моделей. Это модель Миронова–Пустовитова, в которой отсутствует интегральная электромагнитная сила, а боковая сила связана с гармониками изгиба, модель Риккардо–Уокера–Нолла, в которой плазма представляет из себя токонесущее кольцо, и модель Захарова, в которой как источник силы оценивается усредненное тороидальное магнитное поле.
Интегральная боковая сила на стенке рассчитывалась с помощью поверхностного интеграла по всей тороидальной поверхности сосуда. Этот метод позволяет получать «эталонное» значение силы, к которому сравнивались результаты, полученные по теоретическим моделям.
Оказалось, что в фазе разряда амплитуда радиальной компоненты магнитного поля возрастала экспоненциально, что свидетельствует о росте боковой силы. Во время фазы спада наблюдалось резкое уменьшение амплитуды мод изгиба при переходе плазмы к более стабильному состоянию.
Было проведено сравнение моделей. Оказалось, что модель Риккардо–Уокера–Нолла переоценивает боковую силу примерно в 20 раз по сравнению с эталонными данными. Модель Захарова дает оценку, превышающую экспериментальные данные примерно в 3 раза, а ее прогноз часто имеет противоположный знак при переходе к стабильному состоянию. Модель Миронова–Пустовитова систематически недооценивала силу примерно в три раза, однако ее изменение во времени качественно совпадало с экспериментом, что указывает на то, что она лучшая из трех моделей.
Результаты демонстрируют, что традиционные модели, не учитывающие сложную геометрию и взаимодействие нескольких проводящих структур (вакуумного сосуда, PSS и TSS), не способны точно описать наблюдаемую боковую силу.
«Наш эксперимент подтверждает, что боковая сила, возникающая при плазменных срывах, значительно отличается от предсказаний классических моделей. Это свидетельствует о необходимости учитывать не только динамику отдельной моды перегиба, но и взаимодействие нескольких проводящих структур, окружающих плазму. Мы уверены, что дальнейшее исследование этих явлений позволит улучшить стабильность плазменных разрядов и приблизит нас к успешной реализации термоядерного синтеза. Учет сложного взаимодействия нескольких проводящих стенок (резистивный вакуумный сосуд, пассивная стабилизирующая оболочка и тороидальная опорная конструкция) является ключевым фактором для корректного расчета боковой силы в реальных установках», — подчеркнул Владимир Пустовитов, научный сотрудник кафедры физики и химии плазмы МФТИ.
Результаты исследования имеют большое значение для развития технологий управления плазмой в термоядерных реакторах. Понимание механизмов формирования боковых сил поможет разработать новые системы активной стабилизации плазмы, способные корректировать смещения и предотвращать нежелательные срывы. Использование магнитных сенсоров для прямого измерения боковой силы демонстрирует потенциал таких методик для широкого применения в экспериментах по физике плазмы, позволяя получать более точные данные без необходимости в механических датчиках.
Чтобы снизить расхождение между опытом и теоретическими оценками боковой силы, исследователям предстоит разработать более сложные модифицированные модели, способные учитывать взаимодействие нескольких проводящих структур и влияние гало-токов. Будущие эксперименты могут быть направлены на более детальное изучение временной эволюции мод перегиба и их влияния на смещение плазмы, что поможет лучше понять нелинейные эффекты в динамике разряда. Совмещение магнитных измерений с другими методами диагностики (например, оптическими и рентгеновскими) может дать более полное представление о процессах, происходящих в плазме, и обеспечить создание интегрированных систем контроля.
В РТУ МИРЭА разработали систему контроля и управления доступом (СКУД) на основе нейронных сетей для распознавания лиц. Эта технология предназначена для повышения безопасности на объектах с повышенными рисками, таких как критическая информационная инфраструктура в сферах энергетики, транспорта, здравоохранения, связи, финансов и промышленности, от которых зависит функционирование целых отраслей и страны.
Исследователи Центра искусственного интеллекта Сколтеха совместно с коллегами из Самарского университета разработали систему для автоматического выделения этапов производственных процессов по видеопотокам. С ее помощью нейросеть сможет сама определить отклонения от производственного процесса и даже предотвращать аварийные ситуации. Используемый подход самообучения (self-supervised learning) позволяет сократить затраты на ручную разметку данных и повысить устойчивость работы модели в реальных условиях.
Американские исследователи провели эксперимент, который показал, сколько микропластиковых частиц может потенциально проглатывать человек, пока жует натуральную или синтетическую жвачку. Ученые призвали задуматься, стоит ли подвергать организм дополнительному воздействию микропластика. Хотя однозначных свидетельств его вреда для людей на сегодня нет, результаты исследований по этому вопросу вызывают в научном сообществе все больше беспокойства.
Крупные современные города России — продукт своеобразной эволюции. Их морфология может сочетать историческую застройку, советское наследие и здания времен рыночной экономики. Авторы новой статьи — ученые из ВШЭ и Института географии РАН — заинтересовались, насколько российские города соответствуют современной концепции 15-минутного города. Она описывает доступность инфраструктуры для жителей: могут ли те самостоятельно добраться (пешком или на велосипеде) до школ, больниц, театров и других необходимых заведений за четверть часа.
Прежде чем на Земле появились привычные нам животные, ее населяли «черновики Бога». Это таинственные существа, жившие в эдиакарском периоде и совсем не похожие на своих преемников. В новом исследовании ученые описали 211 окаменелостей мелкой двусторонне-симметричной Parvancorina minchami, найденных у берегов Белого моря. Авторы сумели реконструировать рост и развитие парванкорины, а также оценили продолжительность ее жизни.
В РТУ МИРЭА разработали образовательный проект — многопользовательскую игру API Wars, которая помогает развивать навыки программирования, frontend-разработки и социальной инженерии в увлекательной форме. Действие игры разворачивается в далеком будущем, где игроки, выступая в роли хакерских команд, пытаются взломать автоматизированный завод по производству роботов. Игра также вносит вклад в культурные тренды, используя элементы советского стиля.
Когда пара расстается, многие люди продолжают испытывать чувства к своим бывшим. Если разрыв произошел по инициативе другой стороны и отношения длились много лет, полностью «забыть» еще недавно близкого человека может быть непросто. Существует мнение, что и после расставания привязанность к экс-партнерам в какой-то мере сохраняется. Впрочем, согласно другой точке зрения, со временем эта эмоциональная связь ослабевает и утрачивается. Разобраться, как происходит на самом деле и сколько времени может потребоваться на полный эмоциональный разрыв с бывшими возлюбленными, взялись психологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США).
В двойственных, или обратимых, изображениях зритель может увидеть разные объекты в зависимости от того, на каких деталях концентрируется его внимание. Среди известных примеров таких рисунков — иллюзия «кролик-утка», сочетающая двух животных, и обратимая ваза (или ваза Рубина), которая может казаться двумя силуэтами лиц, если сосредоточиться на фоне. В соцсетях и популярных СМИ часто публикуют подобные картинки, утверждая, что по тому, какое изображение человек видит в первую очередь, можно судить о его личностных чертах и особенностях мышления. Двое психологов из Великобритании недавно проверили, так ли это на самом деле.
Масштабный анализ геномов показал, что вид Homo sapiens возник в результате смешения двух древних популяций. Они разделились полтора миллиона лет назад, а затем воссоединились до расселения по миру.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии