En la Corporación del Instituto de Investigación Interuniversitaria, Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, por primera vez en el mundo, utilizando el "Simulador de plasma" recientemente instalado, hemos simulado turbulencia de plasma de deuterio en el dispositivo helicoidal grande LHDA partir de este resultado, hemos aclarado que el confinamiento de energía en un plasma de deuterio mejora en comparación con un plasma de hidrógeno. El rendimiento del simulador de plasma, que es una computadora especializada utilizada para la investigación de la ciencia del plasma y la fusión, es el mejor enEl mundo. Estos resultados obtenidos del uso completo del rendimiento de la computadora se vincularán con la investigación para mejorar el rendimiento del plasma en el próximo experimento de deuterio LHD. Además, al usar el simulador de plasma de vanguardia podemos anticipar que la investigación de plasma y fusióndesarrollar rápidamente más.
Para lograr la energía de fusión, es necesario calentar un plasma a más de cien millones de grados, limitar esa energía y mantener esa condición de alta temperatura durante un largo período de tiempo.
Una de las cuestiones de investigación que apuntan a elevar la temperatura del plasma y mantener el plasma durante un período prolongado es el fenómeno de la turbulencia del plasma. Cuando se desarrollan perturbaciones llamadas ondas y remolinos es decir, turbulencia en un plasma, porquela parte de temperatura del plasma se mezcla con la parte de baja temperatura, la temperatura del plasma no aumenta, ya que un plasma está compuesto de numerosos iones y electrones, debido a que está limitado por el campo magnético, las turbulencias en este plasma son extremadamente complicadas.Para investigar las turbulencias, además de los experimentos, son esenciales las simulaciones numéricas a gran escala realizadas por una supercomputadora.
En el Proyecto de Investigación del Reactor Experimental Numérico del Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, estamos desarrollando el código de simulación de turbulencia de plasma en cinco dimensiones "GKV", que es un programa para simular turbulencias de plasma. Hasta la fecha, hemos realizado investigaciones sobre turbulencias en hidrógeno LHDplasma y en confinamiento de energía. Por otro lado, en el experimento LHD, a partir de marzo de 2017, planeamos realizar nuevos experimentos que utilicen deuterio que tenga aproximadamente dos veces la masa de hidrógeno. En un plasma de deuterio, en comparación con un plasma de hidrógeno, porque elSe espera que el rendimiento del plasma aumente, se convierte en un tema de investigación importante para aclarar cómo cambiarán las turbulencias y el confinamiento de la energía. Sin embargo, llevar a cabo una simulación de este tipo ha sido extremadamente difícil porque una simulación de plasma de deuterio requiere gran escala y un largo tiempo de computación.
Debido a que el "Simulador de plasma", recientemente presentado en junio de 2015, tiene un nivel de rendimiento que es más de ocho veces mayor que en el pasado, la investigación de simulación sobre la turbulencia del plasma de deuterio en el LHD se ha hecho posible al aprovechar al máximo su rendimiento general.
En su Proyecto de Investigación de Reactor Experimental Numérico en el Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, el grupo de investigación del Profesor Asistente Motoki Nakata mejoró el código de simulación de turbulencia "GKV", y realizó la primera simulación de turbulencia de plasma de deuterio en el mundo en el LHD al completaruso del rendimiento general del nuevo simulador de plasma. Además, han analizado las turbulencias causadas por las partículas llamadas partículas atrapadas que se mueven de un lado a otro en el campo magnético, y han aclarado que en comparación con el hidrógeno anterior, el confinamiento de la energía del plasma esmejorado en el deuterio como resultado de la supresión de la turbulencia. Además, han demostrado que la causa de la supresión de la turbulencia es el fenómeno llamado "flujo zonal", y que esto se debe a que el flujo zonal muele efectivamente los grandes remolinos y ondas en plasmaturbulencia.
Estos resultados obtenidos del nuevo simulador de plasma se conectarán a la investigación sobre la mejora del rendimiento del plasma en los próximos experimentos de deuterio con LHD. A partir de ahora, planeamos realizar simulaciones de turbulencia de plasma en diversas condiciones e investigar en detalle la turbulencia de plasma de deuterio yconfinamiento de energía. Usando el nuevo simulador de plasma, se anticipan desarrollos dramáticos en la investigación sobre plasma de alto rendimiento en el experimento de deuterio, comenzando con la aclaración del fenómeno de turbulencia en plasma.
Términos clave
Hidrógeno y deuterio: el deuterio es una materia estable que es un isótopo de hidrógeno. En el núcleo de deuterio se agrega un neutrón al protón, que es el núcleo de hidrógeno, las características químicas no cambian, y el deuterio tiene aproximadamente dosveces la masa de hidrógeno. La abundancia en la naturaleza es del 99,985% para el hidrógeno y del 0,015% para el deuterio.
Código de simulación de turbulencia en plasma de cinco dimensiones "GKV": El comportamiento de una turbulencia en plasma de alta temperatura confinada en el campo magnético se describe mediante una ecuación que expresa matemáticamente el movimiento dinámico en el espacio de cinco dimensiones un espacio matemático que consiste endos componentes de la velocidad y tres coordenadas del espacio. Esto difiere mucho de los fenómenos fluidos del agua o el aire que se describen mediante una ecuación tridimensional y expresan las complejidades y variedades de un plasma. Utilizado en su límite superior, una supercomputadorapuede resolver rápidamente una ecuación de cinco dimensiones y analizar fenómenos de turbulencia en plasma.
Flujo zonal: esta es la estructura de flujo coherente generada espontáneamente por la turbulencia que se ha desarrollado. Tiene el efecto de suprimir las turbulencias como si moliera remolinos. El flujo zonal también se forma en la atmósfera de Júpiter y en la corriente en chorro en la atmósfera de la Tierra.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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