Открыт механизм стабилизации термоядерной плазмы — Naked Science
22.07.2018
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

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.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

9 часов назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

В результате крушения нового ударного вертолета Ми-28УБ погибли двое летчиков.

Позавчера, 13:51
23 минуты
Александр Березин

Спутниковые снимки показывают: отказ от пахоты в Штатах ведет к росту урожайности при снижении затрат. Россия, где был создан этот метод, сегодня его почти не применяет. Разбираемся, почему так получилось и чем он лучше традиционной вспашки.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

9 декабря
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

11 декабря
4 минуты
Сергей Васильев

В янтаре сохранились не только перья динозавров, но и пившие их кровь насекомые мелового периода.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: