Ошибка в ключевой формуле поставила под сомнение данные токамаков

Российские специалисты провели крупное исследование, посвященное точности формул, которые применяются для оценки энергии плазмы в токамаках — установках для контролируемого термоядерного синтеза. Работа показала, что методика, остававшаяся стандартом мировой практики несколько десятилетий, содержит скрытую систематическую погрешность. Это ставит под вопрос корректность ряда прежних экспериментов и указывает на необходимость пересмотра способов диагностики, особенно при высоких давлениях, критичных для современных проектов.

Чтобы проверить надежность классического подхода, ученые задействовали численный код SPIDER, позволяющий воспроизводить сложные плазменные процессы с высокой степенью детализации. На базе виртуальной модели было выполнено моделирование тысяч различных состояний плазменного шнура. Изменялись ключевые параметры — давление, плотность, токовое распределение, геометрия профиля — чтобы сопоставить искусственно полученные данные с расчетами по традиционной формуле. Результаты показали, что знаменитый «градусник» для плазмы корректен лишь тогда, когда особая комбинация физических величин принимает значения, близкие к единичным.

Расчеты продемонстрировали существенное расхождение с реальными значениями энергии. При малых давлениях формула систематически завышала результаты, создавая впечатление более стабильного удержания, чем есть на самом деле. В режимах повышенного давления, необходимых для будущей работы реактора ИТЭР, наблюдалась обратная ситуация — показатели заметно занижались. В отдельных условиях погрешность достигала десятков процентов, что является критически важным фактором для обеспечения безопасности и предотвращения срывов разряда.

Исследовательская группа сформировала подробную карту отклонений, показывающую зоны, где классическому расчету нельзя доверять. Эта диаграмма стала основой для уточнения допустимых режимов работы и облегчила переход к более точным методам диагностики, основанным на вириальных соотношениях и расширенных численных моделях. По мнению экспертов, новые данные помогут избежать неправильной интерпретации параметров плазмы, позволят корректировать управление установками в реальном времени и увеличат устойчивость разрядов.

Полученные результаты имеют большое значение для развития термоядерной энергетики. Надежная диагностика — ключевой элемент достижения стабильного синтеза, необходимого для будущих промышленных реакторов. Теперь ученым предстоит создать аналитические инструменты, которые смогут заменить устаревший стандарт и обеспечат точный контроль над процессами на пути к получению экологичной и практически неисчерпаемой энергии.

Источник: Naked Science