Японские исследователи достигли значительного прогресса в прогнозировании поведения плазмы для термоядерного синтеза, разработав инновационный подход к предсказанию характеристик плазмы. Магнитные реакторы термоядерного синтеза используют сложные системы для удержания высокотемпературной плазмы с помощью мощных магнитных полей. Несмотря на применение передовых технологий, включая сверхпроводящие магниты и современные нагревательные устройства, понимание и прогнозирование поведения плазмы остается серьезной научной задачей, сообщает Scientific Reports.
Ученые исследуют перенос энергии и частиц в удерживаемой плазме с помощью теоретических расчетов, численного моделирования и экспериментальных измерений. Хотя физические симуляции частично соответствуют экспериментальным данным, существующие расхождения ограничивают их надежность. Эмпирические модели, основанные на экспериментальных данных, дают определенное понимание, но их применение к будущим сценариям термоядерного синтеза остается неопределенным из-за ограниченной применимости данных.
Исследователи из Национального института термоядерных исследований разработали подход многоуровневого объединения данных. Этот метод использует нелинейную авторегрессионную гауссовскую регрессию для повышения точности прогнозирования моделей турбулентного переноса в плазме. Объединяя большой объем данных низкой точности с ограниченным набором высокоточных данных, метод компенсирует нехватку информации о неисследованных условиях плазмы.
Ученые применили этот подход в трех ключевых сценариях: комбинирование данных моделирования низкого и высокого разрешения, прогнозирование коэффициентов турбулентной диффузии с использованием экспериментальных данных о плазме и интеграция упрощенных теоретических моделей с турбулентными симуляциями. Все эти применения продемонстрировали значительное улучшение точности прогнозов.
Это исследование объединяет предсказательную способность теории и моделирования на основе физических моделей с количественной информацией, полученной из экспериментальных данных. Объединяя эти подходы, метод обеспечивает надежный путь для прогнозирования условий в будущих установках термоядерного синтеза.