Токамаки — это машины в форме бублика, которые удерживают плазму с помощью магнитных полей. Как и все конструкции термоядерных реакторов, они представляют сложности для теоретиков. Одна из таких проблем — понимание того, почему численное моделирование иногда занижает ширину турбулентной области между краем и ядром плазмы.
Используя модель, основанную на фундаментальных принципах, Минъюнь Цао и Патрик Даймонд из Калифорнийского университета в Сан-Диего объяснили расхождение нестабильностями на внешней границе плазмы, которые до сих пор не были полностью учтены. 🔬
Градиентные релаксационные события
В идеальном токамаке внешняя граница плазмы определяется резким градиентом температуры и плотности. Цао и Даймонд рассмотрели граничную нестабильность, известную как градиентное релаксационное событие, при котором краевая плазма распадается на движущиеся наружу «капли» и движущиеся внутрь «пустоты».
Капли были подробно изучены в контексте взаимодействия плазмы со стенкой, но только недавно достижения в экспериментальной диагностике позволили отслеживать движение пустот внутрь. 📈
Модель плазменных пустот
Исследователи создали модель, в которой эти пустоты рассматривались как крупные, согласованные частицы. Когда подобные частицам пустоты движутся 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 статьи: Rachel Berkowitz
Rachel Berkowitz — ответственный редактор журнала Physics Magazine в Ванкувере, Канада.