Современные технологии термоядерного синтеза сталкиваются с рядом сложностей, одной из которых является эффективный нагрев плазмы до экстремальных температур. Это необходимо для запуска реакции синтеза — источника практически неограниченной и экологически чистой энергии. Для этого используются электромагнитные волны, аналогичные микроволнам, которые нагревают плазму внутри токамаков. Однако помимо полезных волн, нагревающих плазму, в процессе их создания образуются так называемые «медленные моды» — лишние волны, которые тратят энергию, не принося пользы.
Учёные из Принстонской лаборатории физики плазмы США предложили оригинальное решение этой проблемы, которое оказалось удивительно простым. Используя двухмерное моделирование, они показали, что наклон металлического экрана Фарадея всего на 5 градусов к антенне, создающей волны, позволяет эффективно устранять медленные моды. Это открытие способно не только повысить производительность токамаков, но и приблизить человечество к достижению устойчивой термоядерной энергии.
Новые симуляции проводились на установке DIII-D, которая используется для тестирования технологий термоядерного синтеза. В рамках экспериментов учёные изучили влияние выравнивания антенны, экрана Фарадея и плотности электронов перед антенной. Результаты показали, что именно угол наклона экрана критически влияет на подавление медленных мод. Если экран наклонён более чем на 5 градусов, эти волны начинают усиливаться, что снижает общую эффективность нагрева плазмы.
Использование компьютерного кода Petra-M позволило воспроизвести реальные условия работы токамака и подтвердить теорию о чувствительности медленных мод к выравниванию экрана. Этот подход также создаёт базу для разработки новых конструкций термоядерных установок, которые смогут нагревать плазму с ещё большей эффективностью.
В перспективе исследователи планируют учесть больше характеристик плазмы и антенн, чтобы ещё лучше понять природу медленных мод и создать максимально эффективные решения для будущих установок. Простое, но эффективное решение, найденное учёными, может стать важным шагом на пути к промышленному использованию термоядерной энергии.
А затем «Добавить на главный экран».