Краткое и краткое изложение плазменной турбулентности: ученые используют суперкомпьютер для моделирования плазменной турбулентности и разгадывают загадку 50-летней давности.

Годы тщательных исследований показали, что термоядерные устройства страдают от турбулентности плазмы. Турбулентность быстро отводит тепло от термоядерного ядра к краю, охлаждая плазму в процессе и уменьшая количество производимой энергии термоядерного синтеза.

Хотя виной всему была названа турбулентность, измеренные тепловые потери во многих термоядерных устройствах по-прежнему обычно выше, чем ведущие теории турбулентности ученых. Таким образом, даже после более чем полувека исследований происхождение этой «аномальной» потери тепла в экспериментальной термоядерной плазме оставалось загадкой.Чтобы решить эту проблему, ученым пришлось создать модель, отражающую различные типы турбулентности, которые, как известно, существуют в термоядерной плазме. Эту турбулентность можно условно разделить на две категории: длинноволновая турбулентность и коротковолновая турбулентность.

Большинство предшествующих исследований предполагало доминирующую роль длинноволновой турбулентности, часто полностью игнорируя коротковолновую турбулентность. Хотя ученые знали, что им не хватает вклада небольших вихрей, моделирование всей турбулентности вместе было слишком сложной задачей … до сих пор.

Используя один из крупнейших в мире суперкомпьютеров (система NERSC Edison) и экспериментальные данные, полученные с токамака Alcator C-Mod, ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Массачусетского технологического института недавно выполнили наиболее полное физическое моделирование турбулентности плазмы. на сегодняшний день.Эти симуляции одновременно фиксируют пространственную и временную динамику длинноволновой и коротковолновой турбулентности, раскрывая никогда ранее не наблюдавшиеся физические явления.

Вопреки многим предложенным теориям было обнаружено, что длинноволновая турбулентность сосуществует с коротковолновой турбулентностью в форме пальцевидных структур, известных как «стримеры».Во многих экспериментальных условиях было обнаружено, что крупномасштабные турбулентные водовороты сильно взаимодействуют с коротковолновой турбулентностью, передавая энергию туда и обратно.

Наиболее важно то, что эти симуляции продемонстрировали, что взаимодействие между длинноволновой и коротковолновой турбулентностью может увеличить тепловые потери в десять раз по сравнению со стандартной моделью, сопоставив широкий спектр экспериментальных измерений и, вероятно, объяснив загадку «аномальных» тепловых потерь в плазме.Расширение возможностей суперкомпьютеров изменило представление ученых о том, как турбулентность выталкивает тепло из термоядерной плазмы, и может помочь объяснить загадку "аномальной" потери тепла, которой уже 50 лет. Исследование, которое в настоящее время представлено в журнале Nuclear Fusion, потребовало около 100 миллионов часов процессора. Для сравнения, это примерно то же самое, что и последний MacBook Pro, работающий в течение следующих 3000 лет.

В конечном счете, эти результаты могут быть использованы для разработки конструкции термоядерных реакторов, что позволит повысить производительность и, надеюсь, приблизить нас к цели получения практической термоядерной энергии.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *