Открыт механизм стабилизации термоядерной плазмы — Naked Science
7 минут
Редакция

Открыт механизм стабилизации термоядерной плазмы

Одной из проблем получения термоядерной энергии является пилообразная нестабильность плазмы. Новое исследование, вероятно, сможет помочь достичь стабильности и приблизиться на шаг к получению практически бесконечного источника энергии.

plasma1
©Wikipedia

Пилообразные колебания – периодическое явление в температуре и плотности плазмы, снабжающей топливом термоядерные реакции в токамаках. Эти колебания могут порой совмещаться с другими нестабильностями плазмы и производить серьезные помехи, сводящие реакции на нет. Однако, некоторые плазмы не подвержены этому явлению благодаря механизму, долгое время не дававшему покоя физикам.

 

Исследователи из Принстонской лаборатории плазменной физики при Министерстве энергетики США недавно воспроизвели комплексные симуляции процесса, способного раскрыть физику, стоящую за механизмом, известным как «нагнетание магнитного потока». Разгадка этого процесса могла бы ускорить получение термоядерной энергии.

 

Термоядерная реакция – источник энергии звезд. Она представляет собой сплавление легких элементов в плазму – горячее, заряженное состояние материи, состоящей из свободных электронов и атомных ядер, – создающую массивные объемы энергии. Ученые пытаются повторить этот процесс на Земле, чтобы получить практически неиссякаемый источник энергии для генерации электричества.

 

Нагнетание магнитного потока ограничивает ток в ядре плазмы, завершающей магнитное поле, которое в свою очередь ограничивает горячий, заряженный газ, производящий реакции. Это явление было обнаружено в некоторых типах термоядерной плазмы – оно не дает току стать настолько мощным, чтобы спровоцировать пилообразную нестабильность.
 

Изабель Кребс, ведущий автор «Физики плазмы», возглавила исследование, которое помогло изучить процесс. Она использовала код M3D-C1, разработанный Принстонской лабораторией плазменной физики, на высокопроизводительном компьютерном кластере лаборатории, в сотрудничестве с физиками Стивеном Джардином и Нейтом Ферраро, разработвашими код.

 

«Мы не понимали механизм, стоящий за нагнетанием магнитного потока, – говорит Джардин. – Работа Изабель описывает весь процесс».

 

В симуляциях лаборатории, магнитное нагнетание потока развивается в «гибридные сценарии», существующие между стандартных режимов, включающих высокочастотную плазму (H-тип) и низкочастотную плазму (L-тип), а также в продвинутые сценарии, в которых плазма действует в стабильном режиме. В гибридных сценариях, ток остается плоским в ядре плазмы в то время, как давление плазмы остается существенно высоким.

 

Такая комбинация создает так называемый «режим квазиобмена», действующий подобно смесителю, смешивающему плазму во время деформирования магнитного поля. Смеситель создает мощный эффект, поддерживающий плоскость потока и предупреждающий образование пилообразной нестабильности. Похожий процесс поддерживает магнитное поле, защищающее Землю от космических лучей – расплавленная жидкость в железном ядре планеты служит тем самым смесителем.

 

Этот механизм также регулирует сам себя, согласно симуляциям. Если нагнетание потока сильно возрастет, ток в ядре плазмы остается «на самом пороге пилообразной нестабильности», согласно Кребс. Оставаясь ниже порога, ток не дает колебаться температуре и плотности плазмы.

 

Симуляции также могут помочь разработать меры для предупреждения проблемных колебаний.

 

«Этот механизм может представлять большой интерес для будущих крупномасштабных термоядерных экспериментов, таких как ITER» – говорит Кребс.

 

ITER – крупный международный термоядерный эксперимент, строящийся во Франции. Для него, получение гибридного сценария может произвести нагнетание потока и сдержать пилообразные нестабильности.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 12:18
4 минуты
Денис Гордеев

Временные промежутки между посещениями дантиста могут составлять от трех месяцев до двух лет, в зависимости от индивидуальных факторов.

6 часов назад
8 минут
Мария Азарова

Исследование показало, что цитотоксические Т-клетки (Т-лимфоциты) опосредуют вызванное физическими нагрузками замедление роста опухоли.

Вчера, 15:09
8 минут
Василий Парфенов

Пусть романтика мирного атома с середины 1960-х поутихла, к идее использования ядерных реакторов в «гражданских» целях все равно возвращаются регулярно. Новый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) позволит доставить человека на Марс гораздо быстрее, чем это возможно сейчас.

Вчера, 12:18
4 минуты
Денис Гордеев

Временные промежутки между посещениями дантиста могут составлять от трех месяцев до двух лет, в зависимости от индивидуальных факторов.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

Вчера, 09:29
4 минуты
Сергей Васильев

Новое исследование продемонстрировало, что различия в составе микрофлоры у страдающих аутизмом нарушает ее способность нейтрализовать токсины и может вести к массовому повреждению митохондрий.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: