科学探索|研究：一个基本的新定律解开了核聚变能源的“枷锁”( 二 ) 研究：一个基本的新定律解开

同时，Ricci小组的博士生Maurizio Giacomin开始分析限制托卡马克密度的物理过程，以便推导出能够将燃料密度和托卡马克尺寸联系起来的第一原理法。不过，其中一部分涉及使用计算机模型进行的等离子体的高级模拟。
“这些模拟利用了世界上一些最大的计算机，例如由CSCS、瑞士国家超级计算中心和EUROfusion提供的那些计算机，”Ricci说。“我们通过模拟发现，当你在等离子体中加入更多的燃料时，部分燃料会从托卡马克的外部冷层，即边界，移回其核心，因为等离子体变得更加湍急。然后，与电铜线不同，电铜线在受热时变得更有抵抗力，等离子体在冷却时变得更有抵抗力。因此，在相同的温度下，你投入的燃料越多，它冷却的部分就越多--电流在等离子体中流动就越困难，可能导致破坏。”
这对模拟来说是个挑战。“流体中的湍流实际上是经典物理学中最重要的公开问题，”Ricci说。“但是等离子体中的湍流更加复杂，因为你还有电磁场。”
最后，Ricci和他的同事们能够破解密码，并推导出一个关于托卡马克中燃料极限的新方程，该方程与实验非常吻合。有关该方程的研究于2022年5月6日发表在《物理评论快报》杂志上，它通过接近Greenwald极限，对其进行了公正的评价，但又对其进行了重大更新。
【科学探索|研究：一个基本的新定律解开了核聚变能源的“枷锁”】新方程认为，就ITER的燃料而言，“Greenwald limit”可以提高近两倍；这意味着像ITER这样的托卡马克实际上可以使用近两倍的燃料来产生等离子体而不用担心中断。“这很重要，因为它表明，你在托卡马克中能够达到的密度随着你运行它所需要的功率而增加，”Ricci说。“实际上，DEMO将在比目前的托卡马克和ITER高得多的功率下运行，这意味着你可以增加更多的燃料密度而不限制输出，这与Greenwald定律相反。而这是非常好的消息。”