Термоядерный синтез становится ближе к реальности благодаря инновационным исследованиям в области управления плазмой. Эта технология представляет собой ключ к получению экологически чистой и практически безграничной энергии будущего. Фундаментальные параметры плазмы — бета (βp) и внутренняя индуктивность (ℓi) — играют решающую роль в работе токамаков и поддержании равновесия плазмы. Эта проблематика берет начало с новаторских работ академика В. Д. Шафранова, который более 60 лет назад обнаружил естественную взаимосвязь этих параметров в уравнениях равновесия.
Команда талантливых исследователей из ведущих российских научных центров — МФТИ, Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и Курчатовского института — провела масштабное исследование равновесия плазмы в токамаках. Эксперименты охватили три различных режима давления — от низкого до высокого, с вариациями эллиптического сечения от круговой формы до удлинения 2,4.
Инновационный код SPIDER позволил провести детальное моделирование разнообразных конфигураций плазмы с эллиптическим сечением. Ученые применили передовые численные методы для расчета интегралов, определяющих стандартные вириальные соотношения в токамаках с вытянутой плазмой. Каждая серия экспериментов включала тщательный анализ зависимостей интегралов от множества параметров, включая вытянутость магнитных поверхностей и радиальные производные.
Полученные результаты превзошли ожидания — отклонение расчетных интегралов от аналитических оценок составило менее 10%, что блестяще подтвердило точность предложенных аналитических выражений. Особенно важным открытием стала обнаруженная слабая зависимость интеграла S2 от вытянутости плазмы.
Владимир Пустовитов, научный сотрудник кафедры плазменной энергетики МФТИ, подчеркивает: «Наше исследование демонстрирует критическую важность учета таких параметров как вытянутость и внутренняя индуктивность для точного описания поведения плазмы в токамаках. Эти результаты открывают захватывающие перспективы для совершенствования диагностики и управления плазмой в режиме реального времени».
Уникальность данного исследования заключается в предоставлении точных численных оценок для интегралов, которые ранее были описаны только аналитическими выражениями. Это значительный шаг вперед в развитии теории термоядерного синтеза.
Исследование открывает широкие горизонты для дальнейшего развития технологий термоядерного синтеза. Полученные результаты найдут применение в оптимизации работы современных токамаков, включая международный проект ITER, и в создании инновационных методов диагностики плазмы. Это позволит существенно повысить эффективность термоядерных реакторов и приблизить момент практического использования термоядерной энергии.
Практическое применение результатов исследования способно революционизировать работу токамаков, создать принципиально новые методы измерения параметров плазмы и углубить понимание ее поведения в различных условиях. Эти достижения могут стать катализатором новых прорывных открытий в области управляемого термоядерного синтеза.
Источник: naked-science.ru
