Beregning af en milliard plasmapartikler i en supercomputer

På National Institutes of Natural Sciences National Institute for Fusion Science (NIFS) lykkedes det en forskningsgruppe, der brugte NIFS 'Plasma Simulator' supercomputer for første gang i verden at beregne bevægelser af en milliard plasmapartikler og det elektriske felt konstrueret af dem partikler. Yderligere, de klargjorde ud fra partikelniveauet (mikroniveau) bevægelserne af plasmaklodsen, der vises i kantområderne ved højtemperaturplasmaer.

Baggrund for forskningen

Generering af fusionsenergi udnytter fusionsreaktionen, der opstår inde i et plasma med høj temperatur. For at opnå produktion af fusionsenergi, vi begrænser plasma i magnetfeltet med en doughnut -konfiguration. Sammen med at hæve temperaturen og densiteten i plasmas kerneområde, det er også nødvendigt at kontrollere plasmaet i kantområdet, der omgiver plasmaet. I kanten af ​​det indesluttede plasma vises plasma -klatten. Fordi denne plasmaklod bevæger sig i retning af indespærringsskibets væg, der er derfor bekymring for, at plasmaet kommer i kontakt med væggen, og plasmatemperaturen falder (se figur 1). For at kontrollere denne type plasmablok, præcist forståelse og forudsigelse af klatens bevægelse er et af de vigtige emner i den fremtidige opnåelse af fusionsenergi. For detaljeret at undersøge de komplicerede bevægelser af en plasmablok, beregningssimuleringer er nødvendige. Der er flere metoder til at udføre simuleringer af opsamling af partikler (ioner og elektroner), der bærer elektricitet. Den mest nøjagtige metode er den, der beregner bevægelsen af ​​hver partikel, der sammensætter plasmaet og beregner det således producerede elektriske felt. For nøjagtigt at forstå opførslen af ​​en plasma -klat, en simulering fra mikro-niveau (partikelniveau) er påkrævet. Imidlertid, det var ekstremt svært at udføre en sådan simulering, fordi der kræves en enorm mængde beregning.

Forskningsresultater

Dr. Hiroki Hasegawa og Dr. Seiji Ishiguro, ved National Institute of Fusion Science, ved hjælp af NIFS Plasma Simulator-supercomputeren lykkedes det for første gang i verden at udføre en mikro-niveau simulering af en plasmaklod i plasmaets "kantområde". Plasma Simulator har den største kapacitet i verden som en supercomputer dedikeret til plasma- og fusionsvidenskabelig brug. Her, ud over at nyudvikle et beregningsprogram ved at udnytte Plasma Simulatorens kapacitet, de var også i stand til at beregne bevægelser af en milliard partikler. Ved beregning af plasmaer af samme størrelse, antallet af beregninger oversteg 10, 000 i sammenligning med den hidtil anvendte metode til beregning af klatens partikler, som var de en enhed.

Ifølge denne simulering, fint detaljerede analyser, der inkorporerede indflydelsen, der gensidigt tilvejebringes af partiklernes bevægelse og det elektriske felt, som ikke havde været muligt i metoder, der hidtil har været anvendt, blev muligt. Yderligere, på samme tid som vi forfølger bevægelserne af en strenglignende plasmaklump fra partikelniveauet, vi var i stand til at tydeliggøre mikro-niveau intern struktur af partikelbevægelser inde i plasmaet og temperaturfordelingen (se figur 2). Ved at forstå denne type intern struktur, det blev muligt at undersøge indflydelsen af ​​denne interne struktur på bevægelsen af ​​en plasmaklods. I øvrigt, vi præciserede den tilstand, hvori en plasmaklat bærer urenheder (se figur 3).

Disse forskningsresultater, sammen med stærkt fremskridt forståelse af en plasmablobs adfærd, har forbedret forudsigelsesnøjagtigheden meget. Disse forskningsresultater blev rapporteret på den 26. Internationale Atomic Energy Association (IAEA) Fusion Energy Conference, der blev afholdt i Kyoto, Japan fra 17.-22. Oktober, 2016. Resultaterne er også blevet meget evalueret, og blev senere præsenteret som et indbudt foredrag på det tredive og tredive årlige møde i The Japan Society of Plasma and Nuclear Fusion Research i Sendai, Japan, afholdt fra 29. november til 2. december, 2016, hvor forskningsresultaterne også vakte stor opmærksomhed.