Открытие краю термоядерной плазмы может помочь понять термоядерной энергии

Серьезным препятствием на пути к производству безопасной, чистой и обильной энергии синтеза на Земле является отсутствие детального понимания, как горячий, заряженный плазменный газ, что топливо термоядерных реакций ведет себя на грани термоядерной установки, называемые «токамаках».Последние достижения ученых из Департамента энергетики США (МЭ США) Принстоне физики плазмы Лаборатория (данном законе О госзакупках) есть предварительное понимание поведения сложных края плазмы в форме пончика токамаках по дороге в захвате термоядерной энергии, которая питает солнце и звезды. Понимание этого пограничного региона будет особенно важна для эксплуатации ИТЭР, международный термоядерный эксперимент строится во Франции, чтобы продемонстрировать практичность термоядерной энергии.

Первый в своем роде находка

Среди первого в своем роде находок было открытие, что учет турбулентных пульсаций магнитного поля, образующими в плазме, что топливом термоядерных реакций, может существенно уменьшить турбулентный поток частиц вблизи плазменного края. Компьютерные расчеты показывают, что объем потока частиц может снизиться на целых 30 процентов, несмотря на то, что средняя величина турбулентных частиц плотность флуктуаций увеличивается на 60 процентов-с указанием, что несмотря на бурные колебания плотности более вирулентны, они движутся частицы из устройства менее эффективно.

Ученые разработали специализированный код, называемый «Gkeyll» — произносится как «Джекил» в Роберта Льюиса Стивенсона «Странная история доктора Джекила и мистера Хайда» — что делает эти модели целесообразны. Математический код, форма моделирования называется «gyrokinetics,» моделирует движения частиц плазмы вокруг силовых линий магнитного поля на краю термоядерной плазмы.

«В нашей недавней статье обобщены Gkeyll группы усилия в области gyrokinetic моделирования», — отметил данном законе О госзакупках физик Аммар Хаким, ведущий автор Физика плазмы бумаги (ссылка внешняя), которая позволяет проводить обзор достижения группы, основанные на приглашенном докладе он дал в Американского Физического Общества отдела физики плазмы (ДП-ДПП) конференции прошлой осенью. Исследования, в соавторстве с учеными из шести учреждений, приспосабливается государством в самых современных алгоритмов системе gyrokinetic разработать «основные численные прорывы, необходимые для обеспечения точной симуляции», — сказал Хаким.

Во всем мире усилия

Такие прорывы являются частью глобальных усилий, чтобы понять Наука за производство термоядерных реакций на Земле. Реакции синтеза легких элементов объединить в виде плазмы, горячий, зарядовое состояние материи, состоящий из свободных электронов и атомных ядер, что составляет 99 процентов Вселенной-генерировать огромное количество энергии, которую может дать практически неисчерпаемый источник энергии для выработки электроэнергии для человечества.

Ной Манделл, аспирантом в Принстонском университете программа по физике плазмы, построенного на работу команды по разработке первого gyrokinetic код может обрабатывать магнитные колебания, что называется плазменным скрести-слой (соль) на краю плазмы токамака. Британский журнал Физика плазмы был опубликован и осветил его доклад как избранная статья.

Манделл исследует, как пузырь плазменной турбулентности изгибы силовых линий магнитного поля, что приводит к динамике «танцы силовые линии.» Он считает, что силовые линии обычно двигаются плавно, но во время танца можно резко перенастроить в событиях пересоединения, которые заставляют их сходиться и сильно разваливаются.

Выводы Манделла лучше всего описать как «доказательство концепции» в отношении магнитных колебаний, сказал он. «Мы знаем, есть еще физические явления, которые должны быть добавлены в код для детального сравнения с экспериментом, но уже результаты моделирования демонстрируют интересные свойства вблизи плазменного края», — сказал он. «Умение обращаться изгиба силовых линий магнитного поля также будет иметь существенное значение для дальнейшего моделирования краевых локализованных мод (ЛАЭС), который мы хотели бы делать лучше понять волны жара, которые они вызывают, которые должны контролироваться, чтобы предотвратить токамак ущерб».

Очень сложно

Что делает эту находку уникальной, что предыдущие коды gyrokinetic смоделировали соль капли, но предположить, что силовые линии были жесткими, отметил Манделл. Продление код gyrokinetic для расчета движения магнитных линий поля является вычислительно очень сложной, требующей специальных алгоритмов, чтобы гарантировать, что два больших круга уравновешивают друг друга с точностью лучше, чем 1 часть на миллион.

Более того, в то время как коды, модели турбулентности в токамаке может включать магнитные колебания, такие коды не могут смоделировать соль. «Золь требует специальных кодов, как Gkeyll, который может обрабатывать значительно большие колебания плазмы и взаимодействия со стенками реактора», — сказал Манделл.

Дальнейшие шаги для группы Gkeyll будет включать расследование точный физический механизм, который влияет на динамику плазмы край, эффект, вероятно, связан с искривление силовых линий. «Эта работа обеспечивает шагая камни, которые я считаю очень важными», — сказал Хаким. «Без алгоритмов, которые мы сделали, эти результаты было бы очень трудно применить для ИТЭР и других машин.»

Поддержка для этой работы исходит из офиса Пупкин науки, НОО вычислительная наука аспирантуре, и партнерство для Многомасштабного Gyrokinetic турбулентности научное открытие благодаря передовым вычислительным проектам (SciDAC). Расчеты проводились на кластере Эдди в данном законе О госзакупках.

Данном законе О госзакупках, в кампусе Принстонского университета Форрестол в Плейнсборо, Нью-Джерси, посвящена созданию новых знаний о физике плазмы-ультра-горячих, заряженных газов и разработка практических решений по созданию термоядерной энергетики.

сделать разницу: спонсорские возможности