PPPL国际研究团队已升级关键代码,最大限度地提高核聚变反应效率

美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)领导的国际研究团队已升级了用于计算聚变能实验中在磁约束等离子体作用力的关键代码。此次升级将成为一套计算工具的一部分,该工具将使科学家能够进一步改进被称为“仿星器”设施设计。该套件中的三个代码可以共同帮助科学家使高效核聚变反应堆更接近现实。(仿星器(Stellarator)因模拟恒星内部持续不断的核聚变反应而得名,是以磁场约束核聚变等离子体,稳定运行提供动力的实验装置。

修改后的软件使研究人员可以更轻松地确定恒星器中等离子体的边界。当与其他两个代码协同使用时,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,以最大限度地提高核聚变反应效率,并确定了外部电磁体的形状,以将等离子体固定在适当的位置。

修改后的软件称为“自由边界阶梯压力平衡代码(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。相关研究结果发表在《等离子体物理与受控核聚变》上。

科学家们正在寻求核聚变设备,以获得几乎取之不尽用之不竭的安全和清洁发电能源。

等离子体的稳定性对核聚变至关重要。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,该代码早期版本,只有在研究人员已经知道等离子体的位置情况下,才能计算出如何影响等离子体作用力。

SPEC代码的新版本允许研究人员无需预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聚变性能,而磁体建造也不会太复杂。

代码开发者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。Hudson说:“比方说,你正在设计一个将搭载火箭登月的组件” “保证该部分正常运行非常重要。因此,你必须进行测试,测试和再测试。”

PPPL国际研究团队已升级关键代码,最大限度地提高核聚变反应效率
PPPL物理学家Stuart Hudson加入了一个国际研究团队,该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力的关键计算机代码。

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验证过的代码产生的结果进行比较,或者用代码来解简单方程,其答案很容易检查。以此来验证代码受否产生正确结果。

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和西蒙斯基金会的支持。

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