核融合のためのよりシンプルで安価なステラレーターの構築を可能にするコード

フォーミュラ1の高性能レーシングカーを設計するエンジニアと同様に、科学者は、ステラレーターとして知られる困難なフュージョンシステムで高性能プラズマを作成したいと考えています。これらのパフォーマンスを達成することは、クリーチャーが熱の多くを維持し、制限的な磁場内にとどまる必要があることを意味します。

このクリーチャーの作成を容易にするために、物理学者は複雑なシェーピング磁石の設計を加速できる新しいコンピューターコードを作成し、ステラレーターをよりシンプルで構造によりアクセスしやすくします。

として知られています quadcoil、このコードは、科学者が安定しているが、過度に複雑な形状の磁石を必要とするプラズマ形状を除外するのに役立ちます。この情報により、科学者は代わりに、経済的に構築できるステラレーターの設計に努力を捧げることができます。

«Quadcoilは磁石の複雑さを迅速に予測し、物理学の点で優れているが、核融合施設の実際の建設には役に立たないプラズマ形状を避けるのに役立ちます「、 フランク・フー、大学院生 プラズマ物理学のプリンストンプログラム、米国エネルギー省（DOE）のプリンストンプラズマ物理研究所（PPPL）に拠点を置き、コードを説明する作品の主著者。この研究では、PPPLのKnow -How How to Shutisticated Plasmaコードと開発における広範な歴史を組み合わせています ステラレーター、ワークショップが70年前に始まったという考え。

一度 科学者 融合反応を支持できる特定の特性セットを備えたプラズマスキームを選択してください。 quadcoil 効果的に大まかな計算を実行して、これらの特性でクリーチャーを作成できる磁石の形状を決定します。形状が非常に複雑な場合、コードにより科学者がクリーチャーの形状を再設計することができます。このプロセスは、他のコードを使用してはるかに時間がかかる物理学とメカニックのバランスにつながります。実際、従来のマグネット設計プログラムは20分から数時間で磁石の形を評価できますが、 Quadcoilは10秒で作業を完了できます。

通常、従来のプログラムにはあります 2つのステージ：コンピュータープログラム 必要な品質のプラズマスキームを決定します そして別の これらの品質を生成できる磁石の形を決定します、2つの間のコミュニケーションはほとんどありません。 a 若い それらもします 同時に2つの計算、しかし、作業がより困難であるため、プログラムは実行に時間がかかり、提供されたとおりに機能しないクリーチャーを構築または作成するには複雑すぎるマグネットデザインにつながる可能性があります。

1つの車のエンジンを作成する2つのチームを考えてみてください。1つはエンジンを設計し、もう1つはそれを製造するものです。 Quadcoilは、ある意味で、建設チームから設計チームに人を移動し、設計が完成品にどのように影響するかを監視します。推定値は、実際に車を構築してコストを要約した場合に得られるよりも粗くなりますが、プロセスはより速く、合理的な仕様につながります。

quadcoil また、科学者は入力に一連の機械仕様を追加し、科学者のニーズに最も応答する磁石を作成することができます。これらの仕様には、磁石材料と形状またはトポロジに関する情報が含まれる場合があります。さらに、 quadcoil 磁石の曲率や受け取る磁気出力など、他のコードではできないプロパティに関するデータを生成できます。 「要するに、Quadcoilには3つの革新があります。それは、より速く計算し、他のコードが予測できるよりも多くの品質を予測し、柔軟です「フーは言った。

この研究は、融合施設の開発のための高度なコンピュータープログラムがどれほど重要であるかを示しています ステラレーター。 «ステラレーターの設計における最大の課題の1つは、磁石が構築するのが難しい複雑な形状を持っている可能性があることです。「、 エリザベスポールコロンビア大学の応用物理学および応用数学の助教授、および記事の共著者の1人。 「この問題は、最初から磁石の複雑さについて考えなければならないことを示しています。コンピューターコードを使用してプラズマ形状を見つけることができれば、一方で私たちが望む物理的特性があり、他方では単純な形状の磁石を使用して形成できるものを見つけることができれば、融合エネルギーをより安くすることができます»。

fu 研究チームの他のメンバーは現在 quadcoil 特定の磁石を作るのがどれほど簡単かを決定するだけでなく、研究者にプラズマの形状を改善する方法も伝えます。今日の元のコードはラップトップで実行できますが、最終バージョンでは、より強力なグラフィックス処理ユニットを備えたコンピューターが必要になるでしょう。 fu また、Quadcoilの将来のバージョンをデザイン用のより大きなソフトウェアスイートに組み込むことも計画しています ステラレーター。 「ステラレーターの開発には、多くの計算が必要です。設計プロセスを可能な限りスムーズにしようとしています。」

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