超级计算机集群低沉的嗡鸣与高精度实验装置运行时细微的电流声。
陆安和他的核心理论团队,正在将完全版的「星流」仿真软体工具的威力向可控核聚变发起攻克。
「这款仿真软体的核心,在于对极端物理条件下复杂流体和等离子体行为的精确描述。」此刻的技术研讨会上,陆安阐述道:「这恰恰是可控核聚变所面临的一个重大挑战。」
他调出了一个模型,展示着「星流」工具在聚变研究中的几个关键助力点。
分别是:等离子体约束与稳定性模拟的飞跃;第一壁材料与高热负荷管理的革命;聚变点火与燃烧物理的深度洞察;以及创新聚变装置概念的快速验证。
在传统托卡马克装置中,高温等离子体的约束和控制极其困难,磁流体的不稳定性,譬如扭曲摸、气球摸等,是导致等离子体解体的元凶。
此前的仿真软体受限于数值方法和计算资源,对湍流和不稳定的预测往往滞后且不够精确。
陆安指着屏幕上模拟的、在复杂磁场中如绚烂光带般旋转流动的等离子体说道:「基于ns方程解析解的扩展,我们可以近乎实时地、高精度地模拟等离子体在给定磁场位形下的行为。」
「我们可以提前预测不稳定性的萌生、演化,甚至精确找到抑制它们的最佳方法。」
「无论是通过主动的磁场控制线圈施加特定扰动,还是优化等离子体自身的电流和压力剖面,这能将托卡马克的稳定运行时间提升好几个数量级。」
聚变反应产生的高能中子流和巨大热负荷,对托卡马克的第一壁和偏滤器材料是毁灭性的考验。
材料在极端中子辐照下的损伤演化、热应力分布、以及等离子体与壁材料的相互作用,是决定装置寿命和安全的关键。
「利用星流」的多物理场耦合能力。」材料科学家出身沃洛申补充道,他已被抽调部分精力从火箭部门到可控聚变研究中来。
「我们可以在原子级微观尺度模拟中子轰击对材料结构的影响,预测材料寿命,并优化新材料的设计。」
「同时,能精准模拟偏滤器靶板区域的热流分布,设计出更高效的热排除结构,解决排热」这个大难题。」
这相当于在虚拟世界中,完成了无数次耗资巨大的材料辐照实验和热负荷测试。
实现自持的聚变燃烧并维持稳定燃烧,需要对等离子体中的粒子输运、能量平衡、α粒子行为等有极其深刻的理解。
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