由美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)領(lǐng)導的國際研究人員團隊升級了用于計算聚變能實驗中作用在磁約束等離子體上的力的關(guān)鍵計算機代碼。此次升級將成為一套計算工具的一部分，該工具將使科學家能夠進一步改進被稱為“星際戰(zhàn)士”的早餐餅干形狀的設(shè)施的設(shè)計。該套件中的三個代碼可以共同幫助科學家使高效聚變反應(yīng)堆更接近現(xiàn)實。

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。當與其他兩個代碼一起使用時，該代碼可以幫助找到一種改進設(shè)計性能的恒星器配置。這兩個互補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，物理學家，論文報告的主要作者Stuart Hudson說：“我們希望同時優(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家們正在尋求在地球上的設(shè)備中復制核聚變，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先知道等離子體的位置即可計算等離子體的邊界，從而幫助解決了該問題。SPEC可以與物理學家線圈設(shè)計代碼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)，物理學家可以同時確保等離子體具有最佳的聚變性能，并且磁體不會太復雜建立。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挑戰(zhàn)是驗證代碼升級的每個步驟是否正確完成。他們緩慢而穩(wěn)定的方法對于確保代碼進行準確的計算至關(guān)重要。哈德森說：“比方說，您正在設(shè)計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，您需要進行測試，測試和測試。”

更新任何計算機代碼都需要執(zhí)行許多互鎖步驟：

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

接下來，科學家必須確定求解方程所需的數(shù)學步驟。

最后，科學家們必須通過將結(jié)果與已經(jīng)過驗證的代碼產(chǎn)生的結(jié)果進行比較，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行了計算。他們使用鉛筆和紙來確定方程式和求解步驟，并使用功能強大的PPPL計算機來驗證結(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前的實驗并設(shè)計新的實驗。”