作者: 桂运安 来源:中国科学报 发布时间:2021/12/3 14:33:03
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聚变堆全装置动理学等离子体演化模拟首次实现
成果入围戈登·贝尔奖

 

近期,中国科学技术大学在新一代神威超级计算机上首次实现EAST(先进实验超导托卡马克)和CFETR(中国聚变工程试验堆) “聚变堆全装置动理学等离子体演化模拟”,这是该校首次作为第一完成单位入围被称为“超算领域诺贝尔奖”的戈登·贝尔奖。

聚变能具有燃料丰富、清洁、安全性高、能量密度大等突出优点,是解决未来能源问题最有希望的途径,被认为是人类的终极能源。

目前,在受控聚变领域最主流的托卡马克装置中,由于中心等离子体温度需要达到1亿度以上,而外部约束超导磁体则需要在接近绝对零度的环境中,超高的温度与压强梯度会驱动各种等离子体中的不稳定性从而破坏约束。如何更精确地模拟磁约束等离子体长时间演化以便设计更经济而约束性能更好的托卡马克装置一直是一个难点。

中国科学技术大学和中科院合肥物质科学研究院是中国核聚变研究的重要基地。中国科学技术大学是国家磁约束聚变堆总体设计组的依托单位,成立了磁约束聚变堆设计研究中心,协同全国相关单位进行中国聚变工程试验堆工程概念设计。该校与中科院数学与系统科学研究院合作,自主设计了等离子体带电粒子—电磁场系统的大规模保结构动理学数值模拟软件;通过在算法、软件栈和自动向量化等方面进行一系列关键技术创新,在新一代神威超级计算机首次对EAST和CFETR全装置等离子体演化实现最大规模的长时间高保真模拟。

未来,随着超级计算机算力达到10E级,模拟分辨率将进一步提升,并可将研究扩展到更强磁场的托卡马克等离子体,探索强磁场中反常输运、不稳定性等重要问题,研究燃烧等离子体科学中以前无法解决的新问题,描述等离子体放电从启动到终止的整个演化过程。

这项成果由中国科学技术大学肖建元副研究员课题组与安虹教授课题组联合攻关,在中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、中科院数学与系统科学研究院、国家超级计算无锡中心、北京大学和郑州大学相关研究人员的紧密配合下完成。

戈登·贝尔奖是国际高性能计算应用领域最高学术奖项,由美国计算机学会评选和颁发。今年,我国共有3项超算应用入围戈登·贝尔奖。

 
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