内部会产生各种模式的不稳定性扰动,就像是一头被关在笼子里的猛兽不停地撞击栏杆。
在大型装置中,由于等离子体的体积足够大,这些不稳定性在空间上有更多的衰减余量,相对来说更容易被磁约束系统吸收和抑制。
但一旦把装置缩小到原来的十分之一,等离子体的体积也随之缩小,不稳定性的波长也会相应缩短,某些在大型装置中不构成威胁的高频不稳定性在小型装置中可能会被放大到足以撕裂磁场囚笼的程度。
如果不能解决这个问题,小型化之后的仿星器就可能变成一个不稳定的能量炸弹——不是核爆炸那种意义上的炸弹,而是在执行过程中突然失去约束、等离子体冲击真空室内壁导致装置熔毁的那种炸弹。
在陆地上的核电站里,这种失效可以透过多重防护系统来兜底,损失再大也局限在厂房内部。
但在战场上,一辆坦克里的聚变装置如果因为不稳定性失效而报废,那辆坦克就会瞬间变成一堆不能动的铁棺材,里面的乘员连逃生的机会都没有。
所以苏定平的要求非常明确:「我们先不管工程化的细节,先把物理层面的核心问题解决掉——在十分之一体积的约束条件下,能不能稳定地维持聚变反应?如果能,稳定状态的持续时间能有多长?极限输出功率能到多少?这些资料是后续所有工程设计的基础,没有这些资料,后面的工作根本无从谈起。
所以现在的首要任务就是把分析模型搭建起来,把不同尺度下的等离子体行为规律摸清楚,把可能出现的所有不稳定性模式全部找出来,然后一个一个地解决。」
预研团队的研究员们按照苏定平的部署分散到各自的岗位上,开始分头推进。接下来的几天时间里,核心实验区里弥漫著一种沉默而紧张的忙碌。
计算机丛集昼夜不停地执行著等离子体模拟模拟,萤幕上密密麻麻的彩色曲线和三维磁流体力学云图在研究员们的眼镜片上反射出一片流光溢彩。
不同尺度的模拟结果被逐一归类、对比、分析,研究员们发现的问题果然和苏定平预判的一致——在十分之一体积的尺度下,等离子体中出现了三种在大型装置中从未观测到的高频不稳定性模式。
这三种模式分别对应著不同的等离子体密度分布和磁场位形,它们就像是三个难缠的幽灵,在模拟资料中反复出现,每一次出现都会导致虚拟的磁约束边界出现波动,波动幅度一旦超过容错阈值,整个模拟中的等离子体就会迅速失去约束,温度和密度在零点几秒之内暴跌,聚变反应随即中断。
找到问题只是第一步,解决问题才是真正的考验。预研团队的几名核心成员连续熬了几天几夜,提出了七八种不同的磁场位形调整方案,每一种方案都在模拟系统中进行了反复测试。
有的方案能抑制住第一种不稳定性模式,但对第二种和第三种模式完全无效。有的方案能同时抑制第一种和第二种模式,但在抑制第三种模式时反而激发了新的不稳定性。
有的方案在理想条件下表现完美,但一旦加入真实工况中的微小扰动——比如外部磁场的瞬时波动、等离子体密度的微小偏差、线圈系统中不可避免的毫度级形变——就会像多米诺骨牌一样迅速地全部失效。
每当一位研究员带著疲惫而沮丧的表情走进苏定平的办公室汇报进展受阻时,苏定平都会放下手里的工作,认真地听完每一个技术细节,然后给出一个调整方向或者一个新的分析角度。
他的指导没有多余的理论推导,每一个建议都精准地指
在大型装置中,由于等离子体的体积足够大,这些不稳定性在空间上有更多的衰减余量,相对来说更容易被磁约束系统吸收和抑制。
但一旦把装置缩小到原来的十分之一,等离子体的体积也随之缩小,不稳定性的波长也会相应缩短,某些在大型装置中不构成威胁的高频不稳定性在小型装置中可能会被放大到足以撕裂磁场囚笼的程度。
如果不能解决这个问题,小型化之后的仿星器就可能变成一个不稳定的能量炸弹——不是核爆炸那种意义上的炸弹,而是在执行过程中突然失去约束、等离子体冲击真空室内壁导致装置熔毁的那种炸弹。
在陆地上的核电站里,这种失效可以透过多重防护系统来兜底,损失再大也局限在厂房内部。
但在战场上,一辆坦克里的聚变装置如果因为不稳定性失效而报废,那辆坦克就会瞬间变成一堆不能动的铁棺材,里面的乘员连逃生的机会都没有。
所以苏定平的要求非常明确:「我们先不管工程化的细节,先把物理层面的核心问题解决掉——在十分之一体积的约束条件下,能不能稳定地维持聚变反应?如果能,稳定状态的持续时间能有多长?极限输出功率能到多少?这些资料是后续所有工程设计的基础,没有这些资料,后面的工作根本无从谈起。
所以现在的首要任务就是把分析模型搭建起来,把不同尺度下的等离子体行为规律摸清楚,把可能出现的所有不稳定性模式全部找出来,然后一个一个地解决。」
预研团队的研究员们按照苏定平的部署分散到各自的岗位上,开始分头推进。接下来的几天时间里,核心实验区里弥漫著一种沉默而紧张的忙碌。
计算机丛集昼夜不停地执行著等离子体模拟模拟,萤幕上密密麻麻的彩色曲线和三维磁流体力学云图在研究员们的眼镜片上反射出一片流光溢彩。
不同尺度的模拟结果被逐一归类、对比、分析,研究员们发现的问题果然和苏定平预判的一致——在十分之一体积的尺度下,等离子体中出现了三种在大型装置中从未观测到的高频不稳定性模式。
这三种模式分别对应著不同的等离子体密度分布和磁场位形,它们就像是三个难缠的幽灵,在模拟资料中反复出现,每一次出现都会导致虚拟的磁约束边界出现波动,波动幅度一旦超过容错阈值,整个模拟中的等离子体就会迅速失去约束,温度和密度在零点几秒之内暴跌,聚变反应随即中断。
找到问题只是第一步,解决问题才是真正的考验。预研团队的几名核心成员连续熬了几天几夜,提出了七八种不同的磁场位形调整方案,每一种方案都在模拟系统中进行了反复测试。
有的方案能抑制住第一种不稳定性模式,但对第二种和第三种模式完全无效。有的方案能同时抑制第一种和第二种模式,但在抑制第三种模式时反而激发了新的不稳定性。
有的方案在理想条件下表现完美,但一旦加入真实工况中的微小扰动——比如外部磁场的瞬时波动、等离子体密度的微小偏差、线圈系统中不可避免的毫度级形变——就会像多米诺骨牌一样迅速地全部失效。
每当一位研究员带著疲惫而沮丧的表情走进苏定平的办公室汇报进展受阻时,苏定平都会放下手里的工作,认真地听完每一个技术细节,然后给出一个调整方向或者一个新的分析角度。
他的指导没有多余的理论推导,每一个建议都精准地指
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