Учёные представили новый фреймворк SICAS для моделирования плазмы в термоядерных реакторах

DIII-D lower single null H-mode simulation with D + C based on discharge #160 522. 2D full plasma domain plots of (a) electron density and (b) electron temperature. 1D OMP profiles of (c) electron density and (d) electron temperature with the SICAS profile (black) and the experimental Thomson scattering measurements (green). Автор: Nuclear Fusion (2025). DOI: 10.1088/1741-4326/adbc02

Учёные, работающие над созданием термоядерного синтеза как источника чистой энергии, сталкиваются с «проблемой ядра и края» реактора. Ядро реактора должно поддерживать плазму в 10 раз горячее Солнца, в то время как край должен иметь более низкую температуру, чтобы избежать расплавления материалов и эффективно извлекать энергию.

Физик-ядерщик Ливия Казали, международный эксперт в области термоядерного синтеза, разработала новый подход, который позволяет изучать обе области одновременно. Её работа привела к созданию важного инструмента, который поможет сделать термоядерную энергию реальностью.

Мы объединили передовые коды для разных областей плазмы, как ядра, так и края, учитывая все частицы в плазме, включая примеси. При этом мы используем гибкий и последовательный пошаговый процесс. Этот подход позволяет нам видеть, как области влияют друг на друга

Новый интегрированный фреймворк моделирования под названием SICAS включает код переноса на краю SOLPS-ITER, а также инструменты моделирования переноса в ядре и примесей ASTRA и STRAHL, обеспечивая комплексное описание всей плазменной области.

Как отмечает Казали, добавление примесей в транспортное моделирование важно, поскольку примеси движутся в плазме, увеличивают радиацию и понижают температуру, влияя на ключевые параметры плазмы.

С помощью нашего инструмента SICAS мы теперь можем отслеживать, как все частицы взаимодействуют друг с другом, создавая ясное и последовательное представление обо всей системе. Это крайне важно для понимания сложного физического взаимодействия

Фреймворк был проверен на экспериментальных данных и протестирован в различных конфигурациях на ведущих экспериментальных установках. Детали нового кода, включая валидацию с экспериментальными данными, опубликованы в журнале Nuclear Fusion студентом Казали Остином Уэлшем.

Это значительная веха для сообщества термоядерного синтеза. SICAS заполняет давний пробел в нашей способности моделировать всю плазму в единой интегрированной симуляции

Больше информации: A. Welsh et al, SICAS, a new integrated divertor-SOL-pedestal-core framework for self-consistent modeling of ion and impurity transport in fusion devices, Nuclear Fusion (2025). DOI: 10.1088/1741-4326/adbc02