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

19989Шесть историй, которые умещаются на ладони 19986Как 30 000 аккаунтов Facebook оказались в руках вьетнамских хакеров? 19985LofyGang вернулась: как бразильские хакеры охотятся на геймеров через поддельные читы 19984Автономная проверка защиты: как не отстать от ИИ-атак 19983Взлом Trellix: хакеры добрались до исходного кода одной из ведущих компаний по... 19982Почему почти 3000 монет в норвежском поле перевернули представление о викингах? 19981Как поддельная CAPTCHA опустошает ваш счёт и крадёт криптовалюту? 19980Слежка за каждым шагом: как ИИ превращает государство в машину тотального контроля 19979Как хакеры грабят компании через звонок в «техподдержку» 19978Почему именно Нью-Йорк стал самым уязвимым городом восточного побережья перед... 19977Как одна команда git push открывала доступ к миллионам репозиториев 19976Зачем древние народы убивали ножами и мечами: оружие как основа власти 19975Как Python-бэкдор DEEPDOOR крадёт ваши облачные пароли незаметно? 19974Послание в бутылке: математика невозможного 19973Почему ИИ-инфраструктура стала новой целью хакеров быстрее, чем ждали все?
Ссылка