Применение математики ускорить Прогнозы на захвате термоядерной энергии

Ключевым вопросом для ученых, стремящихся принести фьюжн, который питает солнце и звезды Земля прогнозирование эффективности летучих плазмы, топливом термоядерных реакций. Делая такие прогнозы, требует значительных дорогостоящее время на самых быстрых в мире суперкомпьютеров. Теперь исследователи из Министерства энергетики Лаборатория (ДОУ) Принстоне физики плазмы США (в данном законе О госзакупках) заимствовали технику от прикладной математики, чтобы ускорить процесс.

Методика сочетает в себе миллисекунды термоядерной плазмы в более долгосрочные прогнозы. С его помощью «мы смогли продемонстрировать, что точные прогнозы количествах, такие как плазменные профили температуры и тепловых потоков может быть достигнуто при значительно сокращаются вычислительные затраты», — сказал Бен Sturdevant, инженером-математиком в данном законе О госзакупках и ведущий автор Физика плазмы бумаги(ссылка внешняя), что сообщили о результатах.

Фьюжн сочетает в себе световые элементы в форме плазмы-горячая, зарядовое состояние материи, состоящий из свободных электронов и атомных ядер — что генерирует огромное количество энергии. Ученые работают по всему миру для создания и управления термоядерного синтеза на Земле практически неисчерпаемый источник чистой и безопасной энергии для выработки электроэнергии.

Ускорение моделирования

Sturdevant применил математический метод высокопроизводительного XGCa плазменным код, разработанный авторским коллективом под руководством С. физика С. Чанг в данном законе О госзакупках. Приложение значительно ускорить моделирование эволюции профиля температуры ионов, вращающихся вокруг силовых линий магнитного поля моделируется с gyrokinetics — широко используемая модель, которая обеспечивает детального микроскопического описания поведения плазмы в сильных магнитных полях. Также ускоряется был моделировании столкновений между вращающимися частицами, которые вызывают тепло утечки из плазмы и снизить его производительность.

Приложение было первое успешное использование метода, называемого «уравнения-свободной проективной интеграции,» для моделирования эволюции ионной температуры сталкивающихся частиц побег с магнитным удержанием. Свободное моделирование уравнение направлена на получение долгосрочных макроскопической информации от краткосрочного микроскопического моделирования. Ключевые улучшается важным аспектом методика называется «оператор подъемные» на карте большого масштаба, либо макроскопических состояний плазмы поведением на мелких, или микроскопические, те.

Изменения привели подробный профиль ионной температуры в резкое облегчение. «Вместо того, чтобы непосредственно имитируя эволюцию на протяжении длительного времени-масштаб, этот метод использует ряд симуляций миллисекунды, чтобы делать прогнозы на более длительный срок,» Sturdevant сказал. «Улучшение процесса уменьшение времени вычислений в четыре раза».

Результаты, основанные на моделировании токамак, носят общий характер и могут быть адаптированы для других магнитных термоядерных устройств, в том числе стеллараторы и даже для других научных применений. «Это важный шаг в мочь с уверенностью предсказать производительность в энергетических устройствах синтеза из первых принципов на основе физики», — сказал Sturdevant.

Расширяя техника

Он далее планирует рассмотреть эффект расширения метода на эволюцию турбулентности на скорость процесса. «Некоторые из этих первые результаты являются многообещающими и захватывающими», — сказал Sturdevant. «Мы очень заинтересованы, чтобы увидеть, как он будет работать с включением турбулентности».

Соавторы бумаги включают Чанг данном законе О госзакупках физик Роберт Хагер и физик Скотт Паркер из Университета Колорадо. Чанг и Паркер были советники, сказал Sturdevant, в то время как Хагер оказанную помощь с кодом XGCa и вычислительного анализа.

Поддержка для этой работы исходит из проекта эксафлопсных вычислений, совместными усилиями Управления ДОУ науки и Национальной администрации по ядерной безопасности, и научное открытие с помощью передовых вычислений (SciDAC). Компьютерное моделирование проводилось в Национальном исследовательском энергетическом научно-вычислительный центр (NERSC), офис Пупкин науки пользователей объекта.

сделать разницу: спонсорские возможности