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    中国科大在新超算上首次实现核聚变演化模拟

      [  中关村在线 原创  ]   作者:硬核小A

    据中国科大官网,当地时间 11 月 16 日,中国科大入围国际戈登・贝尔奖评选的超算应用成果 ,参加了在美国密苏里州圣路易斯召开的全球超级计算大会(SC21)的线上答辩,报告了中国科大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”。

    该项成果由核科学技术学院肖建元副研究员课题组与计算机科学与技术学院安虹教授课题组联合攻关,在中国科学院合肥物质研究院等离子体物理研究所、中国科学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。

    据介绍,目前,在受控聚变领域最主流的磁约束 Tokamak 装置中,由于中心等离子体温度需要达到一亿度以上,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 Tokamak 装置一直是一个难点。

    中国科大与中科院数学与系统科学研究院合作,基于上世纪 80 年代由我国数学家冯康提出的保辛结构算法理论,发展了一套针对等离子体带电粒子-电磁场系统具有长期守恒性质的显式高阶非正则辛 Particle-in-Cell 格式;自主设计了 SymPIC 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(由等离子体所自行设计研制的国际首个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置)和 CFETR 全装置等离子体演化实现了最大规模的长时间高保真模拟,已用于计算波在等离子体中的传播、电流驱动、随机加热等现象并获得了比传统算法更加可靠的非线性长期结果。

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