Počítač modeluje nestability ve fúzních plazmatech

Nestability plazmatu byly a jsou a budou velkou překážkou při udržení termojaderného plazmatu dobu dostatečně dlouhou pro fungování využitelné termojaderné fúze. Existuje řada počítačových programů – kódů, které dokáží simulovat chování plazmatu včetně rozvoje, průběhu nejrůznějších jeho nestabilit. Jeden z mnoha simulačních plazmatu kódů se nazývá TRANSP. Jedna z nepříjemných nestabilit termojaderného plazmatu se nazývá pilová nestabilita. Jak si simulační kód TRASP poradil s pilovou nestabilitou o tom se dozvíte v následujícím článku.

Subatomární částice kroužící dokola v prstencových komorách fúzních zařízení - tokamaků při slučování uvolňují velké množství energie. To je to, co od nich očekáváme. Ale tyto částice – „polévka“ elektronů, atomových jader nebo iontů, souhrnně zvaných plazma - mohou někdy z magnetických pastí, které je udržují uvnitř tokamaků, uniknout. Jejich únik ochlazuje plazma, snižuje účinnost fúzních reakcí a poškozuje stěny komory. Fyzikové pracují usilovně na metodách, jak takovým nestabilitám plazmatu předejít. Nyní potvrdili, že specializovaný počítačový program by mohl pomoci úniky předvídat a dokonce jim zabránit.

Kopanec do plasmatu

Výzkumný tým aktualizoval plazmový simulační kód TRANSP vyvinutý v Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) amerického Ministerstva energetiky (DOE) a používaný v ústavech zkoumajících fúzi po celém světě. Nainstaloval do něj nový kousek programu známý jako „kick model“ („model kopanec“). „Kopanec“ proto, že simuluje nárazy energie, které urychlují a vychylují částice v plazmatu. Umožňuje programu TRANSP simulovat chování částic přesněji než dříve. Aktualizovaná verze kódu TRANSP, podporovaná podprogramy známými jako NUBEAM a ORBIT, které modelují chování plazmatu výběrem informací ze surových dat, by mohla pomoci fyzikům lépe porozumět únikům částic a předvídat je a také vytvářet technická řešení, která by úniky minimalizovala.

Tým zjistil, že aktualizovaná verze TRANSP přesně modelovala účinek pilové nestability – to je typ poruchy plazmatu ovlivňující fúzní reakce - na pohyb vysoce energetických částic, které pomáhají udržovat fúzní reakce. „Tyto výsledky jsou důležité, protože mohou fyzikům umožnit použít stejný přístup k řešení širokého spektra nestabilit bez přecházení z jednoho modelu na druhý v závislosti na konkrétním problému,“ uvedl fyzik PPPL Mario Podestà, spoluautor článku, který referoval o tomto zjištění v prestižním časopisu Nuclear Fusion. Výsledky založené na pilových nestabilitách, které se objevily během provozu NPLX-U (National Spherical Torus Experiment Upgrade, NSTX-U) v roce 2016, rozšiřují předchozí výzkum PPPL o uvádění „kopancových“ modelů do TRANSP.

„Aktualizovaná verze TRANSP může dokonce simulovat chování plazmatu u experimentů, které dosud nebyly provedeny, ale jsou teprve v plánu,“ uvedl Podestà. „Nyní vidíme cestu vpřed ke zlepšení způsobů, jak simulovat určité mechanismy, které vnášejí poruchy do plazmatu,“ řekl Podestà. „To nás přibližuje spolehlivým a kvantitativním předpovědím pro výkon budoucích fúzních reaktorů.“

(Tento výzkum podpořil DOE's Office of Science (OOS). V týmu byli vědci z PPPL a University of California, Irvine.)

Další informace na adrese https://energy.gov/science