Raziskovalci izvajajo prvo fizikalno simulacijo vpliva recikliranih atomov na turbulenco v plazmi

Anonim

Turbulenca, nasilno nepopravljiva motnja plazme, lahko prepreči, da bi plazma raste dovolj vroča, da bi lahko gorile fuzijske reakcije. Dolga zaskrbljenost raziskovalcev je bila vpliv na turbulenco atomov, recikliranih iz stene tokamakov, ki omejujejo plazmo. Ti atomi so nevtralni, kar pomeni, da nimajo naboja, zato jih tokamakovo magnetno polje ali plazemska turbulenca ne uporabljata, za razliko od elektronov in ionov ali atomskih jeder v plazmi. Vendar pa so eksperimenti nakazovali, da lahko nevtralni atomi bistveno izboljšajo robno plazemsko turbulenco, zato je teoretični interes za njihove učinke.

V prvem poskusu osnovne fizike za preučevanje vplivov atoma so fiziki na Laboratoriju za fiziko plazme pri ZDA (DOE) pri Ministrstvu za energetiko ZDA (PPE) modelirali način, kako se reciklirani nevtralji, ki nastanejo pri vroči plazmi na tokamakove stene, povečajo turbulenco ki ga vodi tako imenovani "ionski temperaturni gradient" (ITG). Ta gradient je prisoten na robu fuzijske plazme v tokamahah in predstavlja prehod iz vročega jedra plazme na hladnejšo mejo, ki mejijo na okoliške površine materiala.

Ekstremna računalniška koda

Za doseganje simulacije so raziskovalci uporabili kinetično kodo XGC1 v skrajnem merilu, kar je bil prvi korak pri raziskovanju splošnih pogojev, ki so jih ustvarili reciklirani nevtralji. "Simulacija plazemske turbulence v obrobni regiji je precej težavna, " je dejal fizik Daren Stotler. "Razvoj kode XGC1 nam je omogočil, da v kinetični računalniški izračuni vključimo osnovno nevtralno fiziko delcev, v multiscale, z mikroskopsko turbulenco in makroskopsko dinamiko ozadja, " je dejal. "To ni bilo mogoče prej."

Rezultati, objavljeni v reviji Nuclear Fusion julija, so pokazali, da nevtralni atomi povečujejo turbulenco ITG na dva načina:

  • Prvič, ohladijo plazmo v podstavek ali transportno pregrado na robu plazme in s tem povečajo gradient ITG.
  • Nato zmanjšajo strižne ali različne stopnje rotacije plazme. Spiralno vrtenje zmanjša turbulenco in pomaga stabilizirati fuzijsko plazmo.

Primerjava s preizkusi

Če nadaljujemo, raziskovalci načrtujejo primerjavo rezultatov svojega modela z eksperimentalnimi opazovanji, nalogo, ki bo zahtevala bolj popolne simulacije, ki vključujejo druge načine turbulence. Ugotovitve bi lahko privedle do boljšega razumevanja prehoda plazme iz nizke omejitve na visoko omejitev ali načina H-načina, v katerem naj bi pričakovali delovanje prihodnjih tokamakov. Raziskovalci na splošno menijo, da je recikliranje nižje in s tem manj nevtralnih snovi, kar je ugodno za delovanje H-načina. To delo lahko vodi tudi k boljšemu razumevanju delovanja plazme v mednarodnem objektu za fuzijo v Franciji, v katerem se lahko nevtralno recikliranje razlikuje od tiste v obstoječih tokamah.

menu
menu