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修改后的計算機代碼可以準確地模擬聚變等離子體中的不穩定性

亞原子粒子圍繞稱為托卡馬克的環形融合機器拉鏈,有時合并,釋放出大量能量。但是這些粒子 - 帶電子電子和原子核或者離子的湯,統稱為等離子體 - 有時會從磁場中泄漏出來,將它們限制在托卡馬克內部。泄漏冷卻等離子體,降低了聚變反應的效率并損壞了機器。現在,物理學家已經確認更新的計算機代碼可以幫助預測并最終防止此類泄漏的發生。

研究小組更新了美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)開發的等離子體模擬代碼,用于世界各地的聚變研究中心,通過安裝一個稱為踢模型的新代碼。 TRANSP組件之一。踢模型 - 之所以這么稱呼,因為它模擬了將粒子踢入等離子體中的能量脈沖 - 允許TRANSP比以前更準確地模擬粒子行為。通過稱為NUBEAM和ORBIT的子程序,通過從原始數據中提取信息來模擬血漿行為,這個更新版本的TRANSP可以幫助物理學家更好地理解和預測泄漏,并創建工程解決方案以最大限度地減少泄漏。

融合,驅動太陽和恒星的能量,是等離子體形式的輕元素的融合 - 由自由電子和原子核組成的熱的帶電狀態- 產生大量能量。科學家正在尋求在地球上復制聚變,以獲得幾乎無窮無盡的電力供應。

該團隊發現,更新版本的TRANSP準確地模擬了鋸齒不穩定性的影響 - 一種影響聚變反應的干擾 - 高能粒子的運動,有助于引起聚變反應。“這些結果非常重要,因為它們可能允許物理學家使用相同的方法來處理各種不穩定性,而不會根據具體問題從一種模型切換到另一種模式,”PPPL物理學家MarioPodestà說,他是該論文的共同作者。核聚變的研究結果。該結果基于2016年PPPL國家球形環實驗升級(NSTX-U)運行期間發生的鋸齒狀不穩定性,將之前的PPPL研究擴展到將踢模型置于TRANSP中。

更新版本的TRANSP可以模擬尚未進行的實驗的等離子體行為,Podestà說。“因為我們理解踢模型中內置的物理,并且因為該模型成功地模擬了我們擁有數據的過去實驗的結果,所以我們相信踢模型可以準確地模擬未來的實驗,”他說。

在未來,研究人員希望確定不穩定性之間發生了什么,以更全面地了解等離子體中發生的情況。與此同時,Podestà和其他科學家對目前的結果感到鼓舞。“我們現在看到了改進我們可以模擬干擾等離子體顆粒的某些機制的方法,”Podestà說。“這使我們更接近可靠和定量預測未來聚變反應堆的性能。”

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