物理学家们创建了一种新的计算机代码，可以加快设计复杂的磁体，这些磁体塑造了恒星器中的等离子体，使系统的构建更加简单和经济实惠。
物理学家们创建了一种新的计算机代码，可以加快设计复杂的磁体，这些磁体塑造了恒星器中的等离子体，使系统的构建更加简单和经济实惠。
就像设计高性能一级方程式赛车的工程师一样，科学家们希望在被称为恒星器的扭曲核聚变系统中创造高性能等离子体。实现这种性能意味着等离子体必须保持其大部分热量，并保持在限制其的磁场内。
为了简化这些等离子体的创建，物理学家们创建了一种新的计算机代码，可以加快设计塑造等离子体的复杂磁体的速度，从而使恒星器的构建变得更加简单和经济实惠。
这段代码被称为QUADCOIL，帮助科学家排除稳定但需要形状过于复杂的磁体的等离子体形状。凭借这些信息，科学家们可以将精力集中于设计可以经济实惠构建的恒星器。
普林斯顿等离子体物理项目的研究生Frank Fu说：“QUADCOIL快速预测了磁体的复杂性，帮助你避免那些物理上很好的但实际上不利于建造核聚变设施的等离子体形状。” 这项研究将PPPL在复杂等离子体计算机代码方面的专业知识与其在开发恒星器方面的广泛历史相结合，这一概念是实验室在70年前首次提出的。
平衡物理和工程
一旦科学家选择了具有促使核聚变反应的特定性质的等离子体形状，QUADCOIL便高效地进行粗略计算，以确定可以创造具有这些性质的等离子体的磁体形状。如果形状过于复杂，该代码允许科学家重新设计等离子体形状。这个过程在平衡物理和工程方面大大缩短了使用其他代码所需的时间。实际上，传统的磁体设计程序可以在20分钟到几小时内评估磁体形状，而QUADCOIL可以在10秒内完成这一任务。
一种创新的技术
传统程序通常有两个阶段：一个计算机程序确定具有所需性质的等离子体形状，另一个则确定可以产生这些性质的磁体形状，两者之间的沟通很少。一种新型程序可以同时进行这两种计算，但由于任务更复杂，程序的运行时间更长，并可能导致磁体设计过于复杂，无法建造或生成性能不如预期的等离子体。
Fu说：“想象一下两支团队在制造汽车发动机：一支设计发动机，另一支制造它。” “QUADCOIL在某种意义上将一个建设团队的成员移到了设计团队中，以关注设计如何影响最终产品。这个估计虽然比如果你真正制造了汽车并计算费用得到的结果粗糙，但过程更快，并且得出的规格更合理。”
允许更大精度的灵活性
QUADCOIL还允许科学家在输入中添加一系列工程规格，从而生成与科学家需求更相关的磁体形状。这些规格可以包括有关磁体材料和形状或拓扑的信息。此外，QUADCOIL可以生成其他代码无法生成的关于磁体的特性的数据，包括磁体的曲率和它们所经历的磁力。“总之，QUADCOIL有三个创新：它计算得更快，预测的特性比其他代码更多，并且具有灵活性，”Fu说。
这项研究展示了复杂计算机程序在开发恒星器核聚变设施中的关键作用。“设计恒星器的主要挑战之一是磁体可能具有难以建造的复杂形状，”哥伦比亚大学应用物理和应用数学助理教授、论文共同作者Elizabeth Paul说。“这个问题告诉我们，我们需要在一开始就考虑磁体的复杂性。如果我们能利用计算机代码找到既具有我们所需的物理特性又可以使用简单形状的磁体形成的等离子体形状，我们就可以更便宜地实现核聚变能源。”
Fu和其他研究团队成员目前正在开发一个版本的QUADCOIL，不仅确定特定磁体集的建造难易程度，还告知研究人员如何改善等离子体形状。尽管当前的原型代码可以在笔记本电脑上运行，但最终版本可能需要更强大的图形处理单元的计算机。Fu还计划将未来版本的QUADCOIL集成到用于恒星器设计的大型软件套件中。“开发一个恒星器需要大量计算，”Fu说。“我试图让设计过程尽可能顺利。”
除了Paul，QUADCOIL的合作研究者还包括纽约大学库朗数学科学研究所的Alan Kaptanoglu和PPPL前理论组负责人Amitava Bhattacharjee。这项研究得到了美国能源部（DOE）的高级计算科学发现计划和西蒙斯基金会的支持。
