Вчені пояснили, як код SPIDER змінює підхід до термоядерного синтезу.
Робота опублікована в журналі Physics of Plasmas. Термоядерний синтез є однією з найобіцяючих технологій для отримання чистої та практично невичерпної енергії. Параметри плазми бета (βp) та внутрішньої індуктивності (ℓi) є ключовими показниками, які характеризують роботу токамаків і визначають рівновагу плазми. Проблема розділення цих параметрів виникла понад 60 років тому, коли В. Д. Шафранов (член-кореспондент АН СРСР з 1981, академік РАН з 1997 року) у своїх роботах показав, що їх комбінація природно виникає в інтегральних наслідках рівнянь рівноваги. З тих пір дослідники прагнуть знайти ефективні методи для їх розділення, що є важливим завданням для діагностики плазми та теорії.
Вчені з МФТІ, Інституту прикладної математики імені М. В. Келдиша РАН та Курчатовського інституту провели три серії розрахунків рівноваги плазми в токамаку: при низькому, середньому та високому тиску. У кожній серії брали еліптичний переріз з витягнутістю, що змінюється від К = 1 (кругла плазма) до К = 2,4.
Вони використовували чисельні методи для розрахунку інтегралів, які визначають праві частини стандартних віріальних співвідношень для витягнутої плазми в токамаках. Дослідження проводилося з використанням коду SPIDER, що дозволяє моделювати різні конфігурації плазми з еліптичним перерізом. У кожній серії розрахунків аналізувалися залежності інтегралів від параметрів плазми, витягнутості магнітних поверхонь та радіальних похідних зміщення і витягнутості.
Результати показали, що відхилення інтегралів від аналітичних оцінок не перевищує 10 відсотків, що підтверджує точність запропонованих аналітичних виразів. Зокрема, було встановлено, що інтеграл S2 демонструє слабку залежність від витягнутості, що є важливим відкриттям для подальших досліджень.
«Наше дослідження підтверджує важливість врахування параметрів, таких як витягнутість і внутрішня індуктивність, для точного опису поведінки плазми в токамаках. Це відкриває нові можливості для діагностики та управління плазмою в реальному часі», — розповів Володимир Пустовітов, науковий співробітник кафедри плазмової енергетики МФТІ.
Новизна цього дослідження полягає в тому, що воно надає чисельні оцінки для інтегралів, для яких раніше були отримані компактні аналітичні вирази.
Робота російських вчених відкриває нові перспективи для подальших досліджень у сфері термоядерного синтезу. Зокрема, вона може бути використана для оптимізації роботи токамаків, таких як ITER, і для розробки нових методів діагностики плазми. Застосування отриманих результатів дозволить покращити управління плазмою та підвищити ефективність термоядерних реакторів.
Результати дослідження можуть бути застосовані для оптимізації роботи токамаків, розробки нових точних методів вимірювання параметрів плазми та поглиблення наукового розуміння поведінки плазми в різних умовах, що може призвести до нових відкриттів у сфері термоядерного синтезу.