На самом быстром суперкомпьютере смоделировали термоядерный синтез

Команда физиков из США смоделировала турбулентность плазмы на самом быстром суперкомпьютере страны, чтобы лучше понять поведение этого состояния вещества при термоядерном синтезе.

Emily Belli, General Atomics

Физики смоделировали турбулентность в плазме термоядерного реактора и теперь планируют провести эксперименты на установке

«Турбулентность является основным механизмом, который обеспечивает потери энергии в плазме, — сообщила один из авторов работы Эмили Белли, сотрудница General Atomics. — Если вы хотите создать плазму с действительно хорошими свойствами удержания и хорошей термоядерной мощностью, вы должны минимизировать турбулентность. Турбулентность — это то, что выводит частицы и энергию из горячего ядра, где происходит слияние».

В процессе термоядерного синтеза, который происходит в звездах, подобных нашему Солнцу, два иона водорода сливаются, образуя ионы гелия. Однако в экспериментах на Земле ученые должны использовать изотопы водорода для воссоздания этого процесса. Каждый изотоп водорода содержит один положительно заряженный протон, но разные изотопы несут разное количество нейтронов. Эти нейтральные частицы не имеют заряда, но они обеспечивают значительную часть массы атома.

Чтобы плазма находилась в реакторе и ее энергия не терялась, и дейтерий, и тритий в ней должны иметь равные потоки частиц, что является показателем плотности. Ученые стремятся поддерживать плотность ядер дейтерия и трития на уровне 50 на 50 по всему ядру токамака. Но турбулентность, возникающая в ректоре, может помешать этому.

Авторы новой работы смоделировали турбулентность плазмы, используя код CGYRO, разработанный в 2015 году на основе устаревшего кода вычислительной физики плазмы GYRO. Разработчики разработали CGYRO, чтобы он был совместим с суперкомпьютерной системой OLCF, которую впервые представили в 2018 году. Новые данные, полученные на суперкомпьютере, помогут физикам подготовиться к экспериментам на реальных реакторах, таких как будущий ITER.