Архив рубрики ~Лента новостей~

Физики только что разгадали странную загадку термоядерного синтеза, которая ставила в тупик экспертов.

Физики только что разгадали странную загадку термоядерного синтеза, которая ставила в тупик экспертов.
Загадка термоядерного синтеза разгадана вращением плазмы.
Художественная интерпретация движения частиц плазмы внутри термоядерной установки в форме пончика, известной как токамак. Фото: Кайл Палмер / PPPL

Ученые годами пытались объяснить любопытную закономерность внутри токамаков — устройств в форме пончика, предназначенных для производства электроэнергии путем термоядерного синтеза атомов. Внутри этих устройств перегретая плазма удерживается магнитными полями. Часть этих частиц в конечном итоге покидает ядро и движется к выхлопной системе, называемой дивертором.

Когда частицы достигают дивертора, они ударяются о металлические пластины, охлаждаются и отскакивают. (Возвращающиеся атомы помогают подпитывать термоядерную реакцию.) Однако эксперименты неизменно выявляют неожиданный дисбаланс. Гораздо больше частиц попадает во внутреннюю мишень дивертора, чем во внешнюю.

Это неравномерное распределение — не просто курьез. Оно имеет серьезные последствия для будущих термоядерных реакторов. Инженеры должны точно знать, куда упадут частицы, чтобы проектировать диверторы, способные выдерживать экстремальные температуры и нагрузки. До сих пор основное объяснение основывалось на поперечном дрейфе, описывающем движение частиц вбок поперек магнитных силовых линий внутри дивертора. Но моделирование, учитывающее только этот эффект, не смогло воспроизвести результаты экспериментов, что вызвало сомнения в надежности моделей при проектировании реакторов.

Вращение плазмы оказывается недостающим фактором.

Новое исследование позволило обнаружить ключевой элемент головоломки. Ученые выяснили, что тороидальное вращение, движение плазмы при ее движении вокруг токамака, сильно влияет на то, куда в конечном итоге попадают частицы в выхлопную систему.

Используя программный код SOLPS-ITER, исследователи смоделировали поведение частиц в различных условиях. Их результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, показали, что моделирование соответствовало реальным измерениям только тогда, когда учитывалось вращение плазмы наряду с поперечным дрейфом. Такое соответствие между моделями и экспериментами имеет важное значение для проектирования термоядерных систем, способных надежно работать вне лаборатории.

«В плазме существуют два компонента течения, — говорит Эрик Эмди, научный сотрудник Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США и ведущий автор исследования. — Это течение в поперечном направлении, когда частицы дрейфуют вбок поперек линий магнитного поля, и параллельное течение, когда они движутся вдоль этих линий. Многие говорили, что асимметрию создает течение в поперечном направлении. Эта статья показывает, что параллельное течение, обусловленное вращающимся ядром, имеет такое же значение».

Наконец-то симуляции соответствуют реальности!

Чтобы проверить свою идею, команда смоделировала поведение плазмы в токамаке DIII-D в Калифорнии. Они провели четыре различных сценария, включая и выключая поперечный дрейф и вращение плазмы. Результаты были очевидны. Ни одно из моделирований не соответствовало экспериментальным данным до тех пор, пока не был добавлен один критически важный компонент: измеренная скорость вращения ядра, составляющая 88,4 километра в секунду.

После учета обоих эффектов модели точно воспроизвели неравномерное распределение частиц, наблюдаемое в реальных экспериментах. Совместное влияние бокового дрейфа и вращения оказалось намного сильнее, чем влияние каждого фактора по отдельности.

Разработка систем слияния данных для реальных условий

Полученные результаты подчеркивают важную связь между вращающимся плазменным ядром и поведением частиц на краю системы. Точное определение этой взаимосвязи будет иметь решающее значение для прогнозирования движения частиц отработанного газа в будущих реакторах.

Более точные прогнозы означают более качественную разработку. Благодаря более четкому пониманию того, где будет концентрироваться тепло и частицы, конструкторы могут создавать диверторы, которые более устойчивы и лучше подходят для реальных условий эксплуатации.

Помимо Эмди, в исследовательскую группу входили Ласло Хорват, Алессандро Бортолон, Джордж Уилки и Шон Хаски из PPPL; Рауль Герру Мигеланьес из Массачусетского технологического института; и Флориан Лаггнер из Университета штата Северная Каролина.

Данная работа была поддержана Управлением по наукам о термоядерной энергии Министерства энергетики США с использованием Национального термоядерного комплекса DIII-D, являющегося пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики США, в рамках грантов DE-AC02-09CH11466, DE-FC02-04ER54698, DE-SC0024523, DE-SC0014264 и DE-SC0019130.

Источник: www.sciencedaily.com

Оцените материал:

Поделиться
Понравилась статья? Расскажите другим
ВКонтакте
Читайте также
Новости робототехники От электронных таблиц к искусственному интеллекту: Deere предоставляет фермерам новые функции в Операционном центре, JD Архив рубрики ~Полезное~ 9 бесплатных нейросетей для генерации картинок: гайд для новичка (2026) Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Цифра дня: мемная робоутка принесла Hugging Face $2,6 млн всего… Архив рубрики ~Полезное~ Полезный лайфхак: любую статью с arXiv можно за секунду превратить… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Нейросети способны выдавать гораздо более глубокие и точные результаты, если… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Пять практичных способов использовать нейросети эффективнее — от тонкой настройки… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Утренний дайджест на 01.09 2026 1️⃣ Правообладатели смогут запрещать использование… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Дуров сообщил о запуске нового некастодиального Gram Wallet – пока… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ VideoCoCo Генератор видео с физически корректной анимацией. Использует код как… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Первой страной, где всем жителям бесплатно (!) дадут нейронку без… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Парень сделал отслеживание рук в реальном времени с физикой цифровой… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Незаметно для многих мы вступили, а точнее провалились, в эпоху… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Разговор с чат-ботом всё чаще становится рекламным активом ChatGPT начал… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Счетная палата начала оценивать, насколько эффективно IT-компании используют налоговые льготы…. Новости робототехники От электронных таблиц к искусственному интеллекту: Deere предоставляет фермерам новые функции в Операционном центре, JD Архив рубрики ~Полезное~ 9 бесплатных нейросетей для генерации картинок: гайд для новичка (2026) Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Цифра дня: мемная робоутка принесла Hugging Face $2,6 млн всего… Архив рубрики ~Полезное~ Полезный лайфхак: любую статью с arXiv можно за секунду превратить… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Нейросети способны выдавать гораздо более глубокие и точные результаты, если… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Пять практичных способов использовать нейросети эффективнее — от тонкой настройки… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Утренний дайджест на 01.09 2026 1️⃣ Правообладатели смогут запрещать использование… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Дуров сообщил о запуске нового некастодиального Gram Wallet – пока… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ VideoCoCo Генератор видео с физически корректной анимацией. Использует код как… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Первой страной, где всем жителям бесплатно (!) дадут нейронку без… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Парень сделал отслеживание рук в реальном времени с физикой цифровой… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Незаметно для многих мы вступили, а точнее провалились, в эпоху… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Разговор с чат-ботом всё чаще становится рекламным активом ChatGPT начал… Архив рубрики ~Коротко из Telegram~ Счетная палата начала оценивать, насколько эффективно IT-компании используют налоговые льготы….