Об этом исследовании было сообщено в статье, опубликованной в журнале Physics of Plasmas в феврале 2017 года, и получено финансирование от Управления науки Министерства энергетики США (Fusion Energy Sciences).
Код стабильности плазмы был частично написан Джеком Беркери, научным сотрудником факультета прикладной физики и математики Колумбийского университета, который был связан с PPPL почти 10 лет.
Он работает над этим проектом со Стивом Саббагом, старшим научным сотрудником и адъюнкт-профессором прикладной физики в Колумбии, который сотрудничал с PPPL почти три десятилетия. И Беркери, и Саббаг входят в группу Columbia в PPPL.
Новое исследование является последним в совместных усилиях физиков по разработке более крупной и более мощной компьютерной программы стабилизации плазмы, известной как код характеризации и прогнозирования аварийных событий (DECAF), которая будет предсказывать и помогать избегать сбоев.
В плазме токамака многие силы уравновешиваются, чтобы создать стабильное равновесие. Одна из сил — это расширяющееся давление, создаваемое внутренними свойствами плазмы — суп из электрически заряженных частиц.
Другая сила создается магнитами, которые удерживают плазму, не позволяя ей касаться внутренних стенок токамака и остывать.
Физики и инженеры плазмы хотят, чтобы плазма находилась под максимально возможным магнитным давлением, потому что высокое давление означает, что частицы плазмы взаимодействуют чаще, что увеличивает как вероятность того, что реакции термоядерного синтеза, так и количество тепла, выделяемого токамаком.
Прошлые исследования Беркери и Саббага на машинах, включая Национальный эксперимент по обновлению сферического тора (NSTX-U) в PPPL, показали, что высокое давление плазмы можно стабильно сдерживать, если другие свойства плазмы, например способ ее вращения , имеют особые характеристики.
«В идеале токамаки должны работать при высоком давлении, потому что для получения хороших характеристик термоядерного синтеза требуется максимально возможное давление», — продолжил Беркери. "К сожалению, когда вы это сделаете, может возникнуть нестабильность.
Итак, если вы можете найти способ стабилизировать плазму, тогда вы можете использовать свой токамак при более высоком давлении."
Обновленная программа была написана для прогнозирования условий, в которых будет лучше всего сдерживаться плазма высокого давления. Программа, однако, является лишь одним из компонентов кода DECAF, который включает в себя множество модулей, каждый из которых отслеживает различные аспекты плазмы, пытаясь определить, когда плазма становится нестабильной. «В течение многих лет мы изучали, какие условия приводят к нестабильности и как мы можем попытаться избежать этих условий», — сказал Беркери.
Код собирает информацию, которая включает в себя плотность плазмы, температуру и форму вращения плазмы. Затем он вычисляет, какие комбинации этих условий создают стабильную плазму, одновременно обнаруживая, какие комбинации условий создают нестабильную плазму.
Новый код специально ищет признаки приближающегося нестабильного состояния, известного как режим резистивной стены. Плазма входит в это состояние, когда силы, вызывающие расширение плазмы, сильнее сил, сдерживающих плазму.
Собственные магнитные поля плазмы затем расширяются наружу и ударяются внутрь стенок токамака.