Для технологии, которая должна революционизировать процесс получения чистой энергии, ядерный синтез иногда довольно непродуктивен: частицы с высокой энергией могут порой выходить из экспериментальных реакторов, делая процесс менее эффективным.

Однако согласно исследованию Министерства энергетики США, результаты которого были опубликованы в журнале Physics of Plasmas, специалисты, возможно, нашли способ удержать эти частицы там, где они и должны находиться.

Эта работа должна повысить эффективность экспериментальных термоядерных реакторов, таких как ITER — Международный экспериментальный термоядерный реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor), строящийся сейчас на юге Франции. Его задача будет заключаться в демонстрации возможностей коммерческого использования термоядерного реактора и решении нескольких технологических проблем, с которыми могут столкнуться ученые.

Стоимость проекта достигает 20 миллиардов долларов, а первые эксперименты по термоядерному синтезу трития и дейтерия с целью преобразования полученной энергии в электричество начнутся к 2027 году.

Прямо сейчас плазма в экспериментальных термоядерных реакторах может генерировать волны, которые распространяются вокруг частиц с высокой энергией. Эти волны могут становиться настолько большими, что частицы выходят за пределы реактора, забирая с собой часть энергии, необходимой для реакции синтеза.

В новом исследовании ученые описывают компьютерные симуляции, которые могут отслеживать и предсказывать эти волны, предоставляя физикам новые возможности для их предотвращения и удержания этих частиц. Исследователи надеются, что их работа поможет в создании ITER, даже несмотря на тот факт, что для этого потребуется существенно расширить моделирование.

Стройка токамака ITER в 60 км от Марселя / © M.Postollec, O.Gillain

«По скромным подсчетам, для моделирования ITER потребуется примерно в миллион раз больше вычислений, чем для нынешних токамаков (установка для магнитного удержания плазмы для достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза). Это беспрецедентное количество вычислений, поэтому нашей следующей задачей станет поиск способов, которые бы облегчили эту симуляцию», — объясняет главный физик-исследователь Лаборатории физики плазмы в Принстоне и соавтор работы Николай Гореленков.