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, 21:19
5 минут
Мария Кривоченко

Попав в пасть лягушки, жуки обычно погибают. Хотя земноводные не могут перемолоть их зубами, как это делают млекопитающие, желудочный сок разъедает большинство насекомых. Однако водолюбы смогли выжить и выбраться наружу через кишечник без повреждений.

6 часов назад
5 минут
Денис Гордеев

Объект K2-25b практически полностью состоит из ядра, а его газовая оболочка очень тонкая. Как так получилось — загадка для ученых.

8 часов назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

Компания SpaceX запустила демонстратор технологий корабля Starship с техасского космодрома в деревне Бока-Чика. Аппарат поднялся на 150 метров и приземлился в другой части тестовой площадки.

Позавчера, 09:31
5 минут
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

2 августа
2 минуты
Илья Ведмеденко

Сегодня, в 20:00 (мск), должен состояться 150-метровый «прыжок» демонстратора технологий космического корабля Starship. Трансляцию вы сможете посмотреть на нашем сайте.

2 августа
34 минуты
Александр Березин

На планете разворачивается новая лунная гонка. Российская космическая отрасль пытается обозначить участие в ней, патентуя многопусковой полет к спутнику Земли. Очевидно, что это лишь суррогат сверхтяжелых ракет, которых мы пока не строим. США, напротив, активно разрабатывают сразу два сверхтяжа – но и там не все гладко. Их лунная программа может испытать сильнейший удар в ближайший год. Скептики считают, что усилия всех участников гонки бесполезны. Мол, пилотируемые полеты к другим небесным телам не нужны, ибо дороги. Автоматы смогут все сделать намного дешевле. На деле лунная программа, как мы покажем ниже, не дороже полетов к МКС. Да и автоматы не дадут нам ничего подобного результатам пилотируемой лунной экспедиции. Попробуем разобраться почему.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

[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: