Термоядерный реактор вёл себя странно 20 лет — разгадка: внутри крутится огненный смерч на бешеной скорости
NewsMakerВращение центра плазмы на 88 км/с объясняет, почему частицы бьют по стенкам неравномерно.
В термоядерных реакторах давно замечали одну странность: частицы плазмы в выхлопной системе бьют по внутренней части дивертора заметно сильнее, чем по внешней. Для инженеров это не любопытная деталь, а вполне практическая проблема. От распределения потока зависит, где именно будут накапливаться самые тяжелые тепловые нагрузки и какие участки конструкции придется защищать особенно тщательно. Теперь исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы, PPPL, показали , что источник перекоса находится не только в самой выхлопной области, как считалось раньше, но и глубже, во вращении плазмы в центральной части реактора.
Речь идет о токамаке , установке, где плазму удерживает магнитное поле в форме бублика. Часть частиц со временем покидает магнитное ядро и уходит к дивертору, который отводит вещество и тепло. Там поток сталкивается с металлическими пластинами, охлаждается, а часть атомов возвращается обратно и снова подпитывает реакцию. Эксперименты раз за разом показывали один и тот же результат: внутренняя мишень дивертора получает большую нагрузку, чем внешняя. До конца объяснить эту разницу не удавалось, потому что компьютерные модели не воспроизводили асимметрию в том виде, в каком ее видели на реальных установках.
До сих пор главным объяснением считали поперечные дрейфы в самом диверторе, то есть боковое смещение частиц поперек магнитных линий. Логика выглядела убедительно, но расчеты с учетом только этого механизма не совпадали с экспериментами. Из-за этого у инженеров оставался неприятный вопрос: можно ли вообще полагаться на такие симуляции при проектировании будущих термоядерных станций, где ошибка в оценке тепловой нагрузки может обойтись слишком дорого.
Команда под руководством Эрика Эмди решила проверить картину жестче. Для работы исследователи использовали код SOLPS-ITER и данные токамака DIII-D в Калифорнии. Затем ученые прогнали 4 сценария: с учетом поперечных дрейфов и без них, а также с учетом вращения плазмы и без него. Такой разбор позволил отделить один эффект от другого и понять, какой фактор действительно определяет распределение частиц.
В термоядерных реакторах давно замечали одну странность: частицы плазмы в выхлопной системе бьют по внутренней части дивертора заметно сильнее, чем по внешней. Для инженеров это не любопытная деталь, а вполне практическая проблема. От распределения потока зависит, где именно будут накапливаться самые тяжелые тепловые нагрузки и какие участки конструкции придется защищать особенно тщательно. Теперь исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы, PPPL, показали , что источник перекоса находится не только в самой выхлопной области, как считалось раньше, но и глубже, во вращении плазмы в центральной части реактора.
Речь идет о токамаке , установке, где плазму удерживает магнитное поле в форме бублика. Часть частиц со временем покидает магнитное ядро и уходит к дивертору, который отводит вещество и тепло. Там поток сталкивается с металлическими пластинами, охлаждается, а часть атомов возвращается обратно и снова подпитывает реакцию. Эксперименты раз за разом показывали один и тот же результат: внутренняя мишень дивертора получает большую нагрузку, чем внешняя. До конца объяснить эту разницу не удавалось, потому что компьютерные модели не воспроизводили асимметрию в том виде, в каком ее видели на реальных установках.
До сих пор главным объяснением считали поперечные дрейфы в самом диверторе, то есть боковое смещение частиц поперек магнитных линий. Логика выглядела убедительно, но расчеты с учетом только этого механизма не совпадали с экспериментами. Из-за этого у инженеров оставался неприятный вопрос: можно ли вообще полагаться на такие симуляции при проектировании будущих термоядерных станций, где ошибка в оценке тепловой нагрузки может обойтись слишком дорого.
Команда под руководством Эрика Эмди решила проверить картину жестче. Для работы исследователи использовали код SOLPS-ITER и данные токамака DIII-D в Калифорнии. Затем ученые прогнали 4 сценария: с учетом поперечных дрейфов и без них, а также с учетом вращения плазмы и без него. Такой разбор позволил отделить один эффект от другого и понять, какой фактор действительно определяет распределение частиц.