Группа российских физиков обнаружила значительные систематические ошибки в проверенных методах измерения энергии плазмы, применяемых в токамаках. Долгое время использовалась стандартная аналитическая формула, которая считалась надежной для определения давления и тепловой энергии, необходимых для удержания плазмы в магнитном поле.
Однако недавние эксперименты показали, что этот метод может сильно искажать данные, что представляет серьезные риски для безопасности и производительности будущих термоядерных реакторов. Исследователи применили сложное компьютерное моделирование для анализа границ применения традиционных расчетов, сообщает Naked Science. С использованием уникального программного обеспечения SPIDER они создали цифровую модель плазмы и провели анализ тысяч различных состояний вещества в симуляции токамака. В результате сравнения точных данных, полученных из фундаментальных физики, с результатами, основанными на устаревшей формуле, стало ясно, что традиционный подход работает корректно только в узком диапазоне, когда давление и распределение тока близки к единице.
При низком давлении формула дает завышенные значения, тогда как при высоком давлении, к которому стремятся разработчики реактора ИТЭР, результаты занижаются. Ошибки в расчетах могут достигать десятков процентов, что совершенно недопустимо для управления термоядерным синтезом.
Эксперты сравнивают это открытие со сломанным термометром, который показывает правильные значения только в одной точке, а при других условиях выдает неверные данные. Точность измерений также зависит от распределения электрического тока в плазменном шнуре. Ранее разработанные теоретические модели учитывали лишь простейшие поправки на форму плазмы, не принимая во внимание сложные взаимосвязи параметров.
Результаты работы позволили создать детальную карту ошибок, которая поможет инженерам избежать неправильной интерпретации данных от датчиков. Понимание запасов энергии имеет критическое значение для стабильности разряда, поскольку ошибки в расчетах могут негативно сказаться на процессе и эффективности установки. В дальнейшем теоретикам предстоит разработать новые, более точные аналитические инструменты для управления плазмой в реальном времени.
