Ученые рассказали, как код SPIDER меняет подход к термоядерному синтезу

Работа опубликована в журнале Physics of Plasmas. Термоядерный синтез является одной из самых многообещающих технологий для получения чистой и практически неистощимой энергии. Параметры плазмы бета (βp) и внутренней индуктивности (ℓi) являются ключевыми параметрами, которые характеризуют работу токамаков и определяют равновесие плазмы. Проблема разделения этих параметров возникла более 60-ти лет назад, когда В. Д. Шафранов (член-корреспондент АН СССР с 1981, академик РАН с 1997 года) в своих работах показал, что их комбинация естественно появляется в интегральных следствиях уравнений равновесия. С тех пор исследователи стремятся найти эффективные методы для их разделения, что является важной задачей для диагностики плазмы и теории.

Ученые из МФТИ, Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и Курчатовского института провели три серии расчетов равновесия плазмы в токамаке: при низком, среднем и высоком давлении. В каждой серии брали эллиптическое сечение с удлинением, изменяющимся от К = 1 (круговая плазма) в К = 2,4.

Они использовали численные методы для расчета интегралов, определяющих правые части стандартных вириальных соотношений для вытянутой плазмы в токамаках. Исследование проводилось с использованием кода SPIDER, который позволяет моделировать различные конфигурации плазмы с эллиптическим сечением. В каждой серии расчетов анализировались зависимости интегралов от параметров плазмы, вытянутости магнитных поверхностей и радиальных производных смещения и вытянутости.

Результаты показали, что отклонение интегралов от аналитических оценок не превышает 10 процентов, что подтверждает точность предложенных аналитических выражений. В частности, было установлено, что интеграл S₂ демонстрирует слабую зависимость от вытянутости, что является важным открытием для дальнейших исследований.

«Наше исследование подтверждает важность учета параметров, таких как вытянутость и внутренняя индуктивность, для точного описания поведения плазмы в токамаках. Это открывает новые возможности для диагностики и управления плазмой в реальном времени», — рассказал Владимир Пустовитов, научный сотрудник кафедры плазменной энергетики МФТИ.

Новизна данного исследования заключается в том, что оно предоставляет численные оценки для интегралов, для которые ранее были получены компактные аналитические выражения.

Работа российских ученых открывает новые перспективы для дальнейших исследований в области термоядерного синтеза. В частности, оно может быть использовано для оптимизации работы токамаков, таких как ITER, и для разработки новых методов диагностики плазмы. Применение полученных результатов позволит улучшить управление плазмой и повысить эффективность термоядерных реакторов.

Результаты исследования могут быть применены для оптимизации работы токамаков, разработки новых точных методов измерения параметров плазмы и углубления научного понимания поведения плазмы в различных условиях, может привести к новым открытиям в области термоядерного синтеза.

ФизТех

718 статей

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram