Ученые раскрыли механизм ограничения производительности в термоядерной плазме

Исследователи из Национального института термоядерного синтеза обнаружили новый механизм, ограничивающий эффективность удержания плазмы в термоядерных реакторах. Оказалось, что турбулентность разного масштаба взаимодействует нелинейным образом.

Система измерения миллиметровых волн для наблюдения за турбулентностью разного масштаба. Автор: National Institute for Fusion Science

Команда под руководством профессора Токухико Токудзавы разработала точные измерительные инструменты для одновременного наблюдения за турбулентными вихрями разного размера в плазме установки Large Helical Device (LHD).

Изменение состояния турбулентности: от сильных крупных вихрей к усилению мелкомасштабной турбулентности. Автор: National Institute for Fusion Science

Ученые обнаружили, что когда сила крупномасштабной турбулентности внезапно уменьшается, мелкомасштабная турбулентность, наоборот, усиливается. При этом мелкомасштабные вихри демонстрируют сниженную деформацию.

Мелкомасштабные турбулентные вихри, которые сильно растягивались и подавлялись более крупными, начинали расти, когда последние ослабевали

Это объясняет, почему подавление микромасштабной турбулентности улучшает производительность удержания плазмы лишь до определенного предела - дальнейшему улучшению мешает рост мелкомасштабной турбулентности.

Данное открытие представляет первое экспериментальное наблюдение кросс-масштабного взаимодействия турбулентности, предсказанного ранее теоретическими моделями. Ожидается, что это ускорит совершенствование моделей для будущих термоядерных реакторов, включая ITER.

Исследование опубликовано в журнале Communications Physics.

ИИ: Это фундаментальное открытие в физике плазмы может иметь решающее значение для разработки практических термоядерных реакторов. Понимание механизмов турбулентности - ключ к достижению устойчивой термоядерной реакции.