Ученые из DIII-D разработали концепцию «компактной термоядерной установки» и подробно описали ее в статье в Nuclear Fusion. При моделировании, их концепция термоядерного синтеза с плазмой под давлением на установке шириной 8 метров, оказалась достаточно мощной, чтобы генерировать 200 мегаватт (МВт) чистой электроэнергии после затрат на энергию самого термоядерного синтеза.
Это будет первая термоядерная электростанция, вырабатывающая чистую электроэнергию. Наилучшее текущее соотношение - это выход 67 % от общей энергии, необходимой для питания реактора.
Инженеры спроектировали установку, используя специальное физическое моделирование, которое имитирует различные параметры, которые будет испытывать реальная компактная термоядерная установка.
Ученые сообщают, - «Этот основанный на физике подход ведет к новому пониманию оптимизации реактора. В частности, определена управляющая роль высокой плотности плазмы, которая повышает характеристики термоядерного синтеза и самодействующие «токи начальной загрузки», чтобы снизить требования к току возбуждения и обеспечить высокое давление с использованием чистой электроэнергии в компактном масштабе».
Ключом к этой конструкции установки является увеличение плотности плазмы за счет ее повышения давления. Это означает больше затрат энергии, уменьшая площадь, занимаемую самим реактором токамака, а также увеличивая его относительный выход энергии.
Используя прогнозное физическое моделирование, ученые продемонстрировали, что исследователи токамаков находятся на правильном пути.
«Эти исследования подтверждают концепцию усовершенствованного токамака для термоядерной энергии, впервые с использованием интегрированных прогнозных физических моделей для прогнозирования характеристик реактора и самосогласованных плазменных решений, которые демонстрируют, что миссия по чистым электрическим и ядерным испытаниям может быть жизнеспособной в компактных условиях», - объясняют исследователи.
Откуда взялась концепция компактного усовершенствованного токамака? «Подход сочетает в себе новейшую теорию, разработанную в GA, с передовыми вычислениями, выполненными учеными с использованием суперкомпьютера Cori в Национальном научном вычислительном центре исследований в области энергетики (NERSC), и основан на разработке и тестировании основных физических концепций DIII-D», - говорится в заявлении General Atomics.
Моделируя конструкцию с использованием сложных физических идей, ученые могут экспериментировать с параметрами, которые в противном случае пришлось бы выбрать, прежде чем эксперты приступили к созданию прототипов других конструкций. Представьте, что вы пытаетесь вычислить квадратный корень вручную, а не с помощью калькулятора - вычислительная мощность значительно увеличивает ваши шансы на успех.
Исследователи стараются подчеркнуть, что их статья по-прежнему очень абстрактна. Они хотят, чтобы исследование служило руководством для исследований плазмы под давлением, своего рода дорожной картой, какими бы ни были следующие шаги.
