Компьютерное моделирование оптимизирует систему охлаждения в термоядерном реакторе SPARC

Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) совместно с партнерами из MIT, General Atomics и Commonwealth Fusion Systems определили оптимальную конфигурацию клапанов для системы аварийного охлаждения термоядерного реактора SPARC. Согласно результатам компьютерного моделирования, опубликованным в журнале Nuclear Fusion, наиболее эффективной является схема с шестью газовыми клапанами — тремя в верхней и тремя в нижней части установки.
Компьютерное моделирование оптимизирует систему охлаждения в термоядерном реакторе SPARC
Изображение носит иллюстративный характер

Термоядерный реактор SPARC, разрабатываемый компанией Commonwealth Fusion Systems, использует мощные магнитные поля для удержания плазмы в форме тора (пончика). Эта экспериментальная установка может стать важным шагом на пути к коммерческому производству термоядерной энергии. Однако одной из ключевых проблем остается предотвращение повреждения стенок реактора в случае нестабильности плазмы.

Когда в термоядерной установке происходит сбой, температура плазмы может достигать сотен миллионов градусов, а выбрасываемые частицы способны расплавить внутреннюю стенку реактора. Для предотвращения таких катастрофических последствий используется система массивной газовой инжекции (MGI), которая быстро охлаждает плазму. Эта проблема особенно актуальна для SPARC из-за исключительно сильных магнитных полей, применяемых в этой установке.

Для определения оптимальной конфигурации газовых клапанов исследователи использовали компьютерный код M3D-C1, разработанный в PPPL. В ходе моделирования были протестированы симметричные конфигурации с 6, 4 и 2 клапанами, а также асимметричные варианты с одним инжектором и пятью клапанами. По словам Андреаса Клейнера, научного сотрудника PPPL и ведущего автора исследования, это были «наиболее комплексные симуляции срывов» на тот момент.

Моделирование оказалось чрезвычайно ресурсоемким процессом, занимая недели даже на суперкомпьютерах экзафлопсного класса. Это связано с необходимостью высокого разрешения в областях газовых клапанов, ширина которых составляет около 1 см, при общей окружности токамака порядка 10 метров.

Важным достижением стало усовершенствование кода M3D-C1, в разработке которого центральную роль сыграл Нейт Ферраро, заместитель руководителя теоретического отдела PPPL. В обновленной версии программы используется «неравномерное разбиение сетки», позволяющее повысить разрешение в критических областях. Как отметил Стивен Жардин, главный научный сотрудник PPPL, участвовавший в создании первоначальной версии кода, это значительно повысило точность моделирования.

Результаты исследования непосредственно повлияли на конструкцию реактора SPARC, который теперь включает шесть газовых клапанов согласно рекомендациям ученых. Райан Суини, специалист по срывам плазмы в Commonwealth Fusion Systems и соавтор исследования, подчеркнул важность этих результатов для обеспечения безопасности и эффективности установки.

Данная работа демонстрирует значимость государственно-частного партнерства в развитии термоядерных технологий. Помимо упомянутых ученых, в исследовании также участвовали Брендан Лайонс из General Atomics и Мэтью Рейнке из Commonwealth Fusion Systems. Полученные результаты будут использованы при проектировании термоядерной электростанции ARC, которую Commonwealth Fusion Systems планирует построить в округе Честерфилд, штат Вирджиния.


Новое на сайте

19167Севернокорейская хакерская группировка Lazarus маскирует вредоносный код под тестовые... 19166Государственные хакеры используют Google Gemini для кибершпионажа и клонирования моделей... 19165Можно ли построить мировую сверхдержаву на чашках чая и фунтах сахара? 19164Уязвимые обучающие приложения открывают доступ к облакам Fortune 500 для криптомайнинга 19163Почему ботнет SSHStalker успешно атакует Linux уязвимостями десятилетней давности? 19162Microsoft устранила шесть уязвимостей нулевого дня и анонсировала радикальные изменения в... 19161Эскалация цифровой угрозы: как IT-специалисты КНДР используют реальные личности для... 19160Скрытые потребности клиентов и преимущество наблюдения над опросами 19159Академическое фиаско Дороти Паркер в Лос-Анджелесе 19158Китайский шпионский фреймворк DKnife захватывает роутеры с 2019 года 19157Каким образом корейские детские хоры 1950-х годов превратили геополитику в музыку и... 19156Научная революция цвета в женской моде викторианской эпохи 19155Как новый сканер Microsoft обнаруживает «спящих агентов» в открытых моделях ИИ? 19154Как новая кампания DEADVAX использует файлы VHD для скрытой доставки трояна AsyncRAT? 19153Как новые китайские киберкампании взламывают госструктуры Юго-Восточной Азии?
Ссылка