Ученые Ок-Риджской национальной лаборатории и Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили неожиданное явление, которое ухудшает работу реакторов термоядерного синтеза. Результаты исследования опубликованы в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.
В токамаках возникает тороидальное магнитное поле, которое удерживает нагретую до экстремальных температур плазму, не давая ей касаться стенок. Это удержание ограничено устойчивой потерей тепла, вызванной турбулентностью. Ранее предполагалось, что нежелательная турбулентность снижается, если плазма начинает вращаться под воздействием инжекции нейтрального луча — пучка быстродвижущихся атомов и молекул.
В новом исследовании был использован суперкомпьютер Frontier в Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США. Ученые смоделировали влияние вращения плазмы на ионы и электроны, учитывая их сложное взаимодействие. Это позволило моделировать турбулентность на границе плазмы, близкой к стенкам токамака, с высокой степенью точности.
Оказалось, что взаимодействие между ионами и электронами в краевой области плазмы токамака может усиливать турбулентность, несмотря на предположение, что вращение плазмы снижает турбулентность ионов. Открытие противоречит существующим теориям, согласно которым легкие электроны не оказывают значительного воздействия на турбулентность. Это важно для оптимизации конструкций токамаков, таких как ИТЭР, где сохранение тепла и энергии в плазме является критически важным для поддержания реакции.
Также было смоделировано влияние различных изотопов водородного топлива на термоядерный синтез. Применение однородной смеси дейтерия и трития (DT) связано с пятикратным увеличением производительности по сравнению с обычной дейтериевой плазмой.