Суперкомпьютер помог ученым разобраться в природе хаоса внутри плазмы

Исследователи из Индии проследили за миллионами частиц пылевой плазмы и выяснили, как в ней возникает турбулентность. Результаты могут помочь при изучении термоядерного синтеза и процессов, происходящих во время взрывов сверхновых.

Суперкомпьютер помог ученым разобраться в природе хаоса внутри плазмы

Ученые из Индийского технологического института Джамму и IIT Канпур использовали суперкомпьютерное моделирование, чтобы разобраться в механизмах возникновения турбулентности в пылевой плазме. Симуляция позволила проследить за миллионами отдельных частиц и увидеть, как энергия крупных вихрей постепенно переходит в хаотическое движение на микроскопическом уровне.

Плазму часто называют четвертым состоянием вещества: она представляет собой ионизированный газ из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Если добавить в такую среду микроскопические частицы твердого вещества, они приобретают заряд и начинают взаимодействовать между собой. Так возникает пылевая плазма, которая при сильном взаимодействии частиц способна вести себя скорее как упругая среда, чем обычный газ.

Для моделирования ученые использовали систему молекулярной динамики LAMMPS. Исследователей особенно интересовали неустойчивости Кельвина — Гельмгольца и Рэлея — Тейлора — два механизма, способных порождать вихри и турбулентность в различных средах.

Расчеты показали, что энергия крупных вихрей передается отдельным частицам по определенной математической закономерности. При этом усиление взаимодействия между частицами замедляет нагрев и перемешивание системы, из-за чего пылевая плазма начинает демонстрировать необычную «упругую турбулентность».

Полученные результаты позволяют связать процессы на уровне отдельных частиц с поведением плазмы как единой среды. Это особенно важно там, где обычных гидродинамических моделей оказывается недостаточно для описания потерь энергии на малых масштабах.

Работа потенциально может пригодиться при исследованиях управляемого термоядерного синтеза, поскольку турбулентность является одной из причин потери энергии плазмой. Аналогичные физические процессы встречаются и в астрофизике: например, неустойчивость Рэлея — Тейлора играет важную роль при взрывах сверхновых.

Пока исследователи ограничились двумерной моделью. В дальнейшем команда планирует провести трехмерное моделирование, чтобы проверить, насколько обнаруженные закономерности сохраняются в более реалистичных условиях.

Читайте также

Средневековый «Марвел»: Магдебургские врата оказались древним комиксом

Средневековый «Марвел»: Магдебургские врата оказались древним комиксом

Бывший эксперт NASA по НЛО призвал изучать аномалии без спекуляций об инопланетянах

Бывший эксперт NASA по НЛО призвал изучать аномалии без спекуляций об инопланетянах

Физики РАН указали на ошибку в исследованиях гибридных сверхпроводников

Физики РАН указали на ошибку в исследованиях гибридных сверхпроводников

Китайские ученые создали сверхчувствительный магнитный датчик размером с клетку кожи

Китайские ученые создали сверхчувствительный магнитный датчик размером с клетку кожи

Ученые опровергли миф о том, что арбуз – это ягода

Ученые опровергли миф о том, что арбуз – это ягода

Физики установили новый рекорд в поисках «запрещенного» свойства мюона

Физики установили новый рекорд в поисках «запрещенного» свойства мюона

Ученые научились генерировать и синхронизировать магнитные волны для передачи информации

Ученые научились генерировать и синхронизировать магнитные волны для передачи информации

Физики МФТИ оценили вероятность квантового распада Вселенной

Физики МФТИ оценили вероятность квантового распада Вселенной

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

«Умное удобрение»: сибирские ученые удвоили урожай с помощью биоугля из кедровой скорлупы

«Умное удобрение»: сибирские ученые удвоили урожай с помощью биоугля из кедровой скорлупы

В Камбодже предложили продвигать буддизм с помощью ИИ

В Камбодже предложили продвигать буддизм с помощью ИИ

Водородный автомобиль JCB разогнался до 663 км/ч и установил мировой рекорд

Водородный автомобиль JCB разогнался до 663 км/ч и установил мировой рекорд

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны