Токамаки — это машины в форме бублика, которые удерживают плазму с помощью магнитных полей. Они, как и все конструкции термоядерных реакторов, представляют сложности для теоретиков.
Одной из таких сложностей является понимание того, почему численное моделирование иногда занижает ширину турбулентной области между краем и ядром плазмы.
Минъюнь Цао и Патрик Даймонд из Калифорнийского университета в Сан-Диего, используя модель, основанную на фундаментальных принципах, объяснили расхождение нестабильностями на внешней границе плазмы, которые до сих пор не были полностью учтены.
Исследование границ
В идеальном токамаке внешняя граница плазмы определяется резким градиентом температуры и плотности. Цао и Даймонд рассмотрели пограничную нестабильность, известную как событие релаксации градиента, при котором краевая плазма распадается на движущиеся наружу «капли» и внутрь — «пустоты».
Капли были предметом тщательного изучения в контексте взаимодействия плазмы со стенками, но только недавно достижения в экспериментальной диагностике позволили отслеживать движение пустот внутрь.
Модель плазменных пустот
Исследователи построили модель, в которой эти пустоты рассматривались как большие когерентные частицы. Перемещаясь через плазму, они генерируют колебания, известные как плазменные дрейфовые волны.
Генерация волн аналогична излучению электромагнитного излучения заряженной частицей, движущейся быстрее скорости света в среде. Цао и Даймонд обнаружили, что эти дрейфовые волны могут усиливать локальную турбулентность, приводя к формированию широкого турбулентного слоя.
Используя свою модель, исследователи рассчитали ширину этого турбулентного слоя. Сейчас они работают над сопоставлением своих расчётов с экспериментальными данными.
Автор: Rachel Berkowitz
Rachel Berkowitz — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Ванкувере, Канада.