由美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究人員團(tuán)隊(duì)升級了用于計(jì)算聚變能實(shí)驗(yàn)中作用在磁約束等離子體上的力的關(guān)鍵計(jì)算機(jī)代碼。此次升級將成為一套計(jì)算工具的一部分，該工具將使科學(xué)家能夠進(jìn)一步改進(jìn)被稱為“星際戰(zhàn)士”的早餐餅干形狀的設(shè)施的設(shè)計(jì)。該套件中的三個(gè)代碼可以共同幫助科學(xué)家使高效聚變反應(yīng)堆更接近現(xiàn)實(shí)。

修改后的軟件使研究人員可以更輕松地確定恒星器中血漿的邊界。當(dāng)與其他兩個(gè)代碼一起使用時(shí)，該代碼可以幫助找到一種改進(jìn)設(shè)計(jì)性能的恒星器配置。這兩個(gè)互補(bǔ)的代碼確定了恒星發(fā)生器真空室中等離子體的最佳位置，以使聚變反應(yīng)的效率最大化，并確定了外部電磁體必須將等離子體保持在適當(dāng)位置的形狀。

修改后的軟件稱為“自由邊界階躍壓力平衡代碼(SPEC)”，這是科學(xué)家可以用來調(diào)整等離子體性能以更輕松地產(chǎn)生聚變能的一組工具之一。PPPL理論系副主任，物理學(xué)家，論文報(bào)告的主要作者Stuart Hudson說：“我們希望同時(shí)優(yōu)化等離子體的位置和電磁線圈，以平衡使等離子體在固定的同時(shí)膨脹的力。”結(jié)果在等離子體物理和受控聚變中。

“通過這種方式，我們可以創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的等離子體，其粒子更容易融合。更新的SPEC代碼使我們能夠了解給定電磁線圈對等離子體的位置。”

聚變以等離子體的形式結(jié)合了光元素，等離子體是由自由電子和原子核組成的熱的帶電狀態(tài)，在此過程中會在太陽和恒星中產(chǎn)生大量能量?？茖W(xué)家們正在尋求在地球上的設(shè)備中復(fù)制核聚變，以提供幾乎無窮無盡的安全，清潔的電力來發(fā)電。

血漿穩(wěn)定性對于融合至關(guān)重要。如果血漿在恒星發(fā)生器內(nèi)部反彈，它會逸出，冷卻并抑制聚變反應(yīng)，從而有效地消除聚變火焰。同樣由哈德森(Hudson)開發(fā)的該代碼的早期版本，只有在研究人員已經(jīng)知道等離子體的位置的情況下，才能計(jì)算出力如何影響等離子體。但是，研究人員通常沒有這些信息。哈德森說：“這是等離子體的問題之一。” “他們到處移動。”

SPEC代碼的新版本通過允許研究人員無需預(yù)先知道等離子體的位置即可計(jì)算等離子體的邊界，從而幫助解決了該問題。SPEC可以與物理學(xué)家線圈設(shè)計(jì)代碼FOCUS和優(yōu)化代碼STELLOPT配合使用(這兩種代碼都是在PPPL上開發(fā)的)，物理學(xué)家可以同時(shí)確保等離子體具有最佳的聚變性能，并且磁體不會太復(fù)雜建立。哈德森說：“沒有必要優(yōu)化等離子體的形狀，然后發(fā)現(xiàn)磁體很難制造。”

Hudson及其同事面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是驗(yàn)證代碼升級的每個(gè)步驟是否正確完成。他們緩慢而穩(wěn)定的方法對于確保代碼進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算至關(guān)重要。哈德森說：“比方說，您正在設(shè)計(jì)一種可以通過火箭登上月球的部件。” “該部分正常工作非常重要。因此，您需要進(jìn)行測試，測試和測試。”

更新任何計(jì)算機(jī)代碼都需要執(zhí)行許多互鎖步驟：

首先，科學(xué)家必須將描述等離子體的一組數(shù)學(xué)方程式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以理解的編程語言。

接下來，科學(xué)家必須確定求解方程所需的數(shù)學(xué)步驟。

最后，科學(xué)家們必須通過將結(jié)果與已經(jīng)過驗(yàn)證的代碼產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行比較，或者使用代碼來解決答案容易檢查的簡單方程式，來驗(yàn)證代碼產(chǎn)生了正確的結(jié)果。

Hudson和同事使用非常不同的方法進(jìn)行了計(jì)算。他們使用鉛筆和紙來確定方程式和求解步驟，并使用功能強(qiáng)大的PPPL計(jì)算機(jī)來驗(yàn)證結(jié)果。哈德森說：“我們證明了該代碼有效。” “現(xiàn)在它可以用于研究當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)并設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)。”