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修改后的代码可以帮助提高融合实验的效率

由美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)领导的国际研究人员团队已升级了用于计算聚变能实验中作用在磁约束等离子体上的力的关键计算机代码。此次升级将是一套计算工具的一部分,该工具将使科学家能够进一步改善称为星际飞行器的早餐饼干形状的设施的设计。该套件中的三个代码一起可以帮助科学家使高效聚变反应堆更接近现实。

修改后的软件使研究人员可以更轻松地确定恒星器中血浆的边界。当与其他两个代码一起使用时,该代码可以帮助找到一种改进设计性能的恒星器配置。这两个互补的代码确定了恒星发生器真空室中等离子体的最佳位置,以使聚变反应的效率最大化,并确定了外部电磁体必须将等离子体保持在适当位置的形状。

修改后的软件称为“自由边界阶跃压力平衡代码(SPEC)”,这是科学家可以用来调整等离子体性能以更轻松地产生聚变能的一组工具之一。PPPL理论系副主任,物理学家,论文报告的主要作者Stuart Hudson说:“我们希望同时优化等离子体的位置和电磁线圈,以平衡使等离子体在固定的同时膨胀的力。”结果在等离子体物理和受控聚变中。

“通过这种方式,我们可以创建稳定的等离子体,其粒子更容易融合。更新后的SPEC代码使我们能够了解给定电磁线圈对等离子体的位置。”

聚变以等离子体的形式结合了光元素-等离子体是由自由电子和原子核组成的热的带电状态-在此过程中会在太阳和恒星中产生大量能量。科学家们正在寻求在地球上的设备中复制核聚变,以提供几乎无穷无尽的安全,清洁的电力来发电。

血浆稳定性对于融合至关重要。如果等离子在恒星发生器内部反弹,它会逸出,冷却并抑制聚变反应,从而有效地消除聚变火焰。同样由哈德森(Hudson)开发的该代码的早期版本,只有在研究人员已经知道等离子体的位置的情况下,才能计算出力如何影响等离子体。但是,研究人员通常没有这些信息。哈德森说:“这是等离子体的问题之一。”“他们到处移动。”

SPEC代码的新版本通过允许研究人员无需事先知道等离子体的位置即可计算等离子体的边界,从而帮助解决了该问题。SPEC可以与物理学家线圈设计代码FOCUS和优化代码STELLOPT配合使用-两者都由PPPL开发-SPEC使物理学家可以同时确保等离子体具有最佳的融合性能,而磁体也不会如此建造复杂。哈德森说:“没有必要优化等离子体的形状,然后发现磁体很难制造。”

Hudson及其同事面临的一个挑战是验证代码升级的每个步骤是否正确完成。他们缓慢而稳定的方法对于确保代码进行准确的计算至关重要。哈德森说:“可以说,您正在设计一种可以通过火箭登上月球的部件。”“该部分正常工作非常重要。因此,您必须进行测试,测试和测试。”

更新任何计算机代码都需要执行许多互锁步骤:

首先,科学家必须将描述等离子体的一组数学方程式转换成计算机可以理解的编程语言。

接下来,科学家必须确定求解方程所需的数学步骤;

最后,科学家们必须通过将结果与已经过验证的代码产生的结果进行比较,或者使用代码来解决答案易于检查的简单方程式,来验证代码是否产生了正确的结果。

Hudson和同事使用非常不同的方法进行了计算。他们使用铅笔和纸来确定方程式和求解步骤,并使用功能强大的PPPL计算机来验证结果。哈德森说:“我们证明了该代码有效。”“现在它可以用于研究当前的实验并设计新的实验。”

论文的合作者包括马克斯·普朗克等离子体物理研究所,澳大利亚国立大学和瑞士洛桑联邦理工学院。这项研究得到了美国能源部科学办公室(融合能源科学),Euratom研究和培训计划,澳大利亚研究委员会以及西蒙斯基金会的支持。

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