作者拉斐尔·罗森，普林斯顿等离子体物理实验室 信用:CC0公共领域 由美国领导的国际研究小组
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美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)升级了一个关键的计算机代码，用于计算聚变能实验中作用在磁约束等离子体上的力
此次升级将是一套计算工具的一部分，这套工具将允许科学家进一步改进被称为星形的早餐油条形设施的设计
该套件中的三个代码合在一起，可以帮助科学家让高效聚变反应堆更接近现实
修改后的软件让研究人员可以更容易地确定星状细胞中血浆的边界
当与另外两个代码一起使用时，该代码可以帮助找到一个能够提高设计性能的星形配置
这两个互补的代码决定了等离子体在星形真空室中的最佳位置，以最大化聚变反应的效率，并决定了外部电磁体将等离子体保持在适当位置所需的形状
修改后的软件被称为“自由边界步进压力平衡代码”(SPEC)，是科学家可以用来调整等离子体性能以更容易产生聚变能量的一组工具之一
“我们希望优化等离子体位置和磁线圈，以平衡使等离子体膨胀的力，同时保持等离子体不动，”物理学家斯图亚特·哈德森说，他是PPPL大学理论系的副主任，也是《等离子体物理和可控聚变》论文的主要作者
“这样我们就能创造出稳定的等离子体，其粒子更容易融合
更新后的SPEC代码使我们能够知道给定一组磁线圈的等离子体位置
" 聚变以等离子体的形式结合了轻元素，等离子体是由自由电子和原子核组成的物质的热带电状态，在这个过程中，在太阳和恒星中产生大量的能量
科学家们正在寻求在地球上的设备中复制聚变，以获得几乎取之不尽的安全和清洁的电力供应来发电
等离子体稳定性对聚变至关重要
如果等离子体在星体内部反弹，它可以逃逸、冷却并抑制聚变反应，从而有效地熄灭聚变火
如果研究人员已经知道等离子体的位置，哈德森开发的早期代码只能计算出力是如何影响等离子体的
然而，研究人员通常没有这些信息
“这是等离子体的问题之一，”哈德森说
“他们到处移动
" 新版本的SPEC代码通过允许研究人员在事先不知道等离子体位置的情况下计算等离子体的边界来帮助解决这个问题
与线圈设计代码FOCUS和优化代码STELLOPT配合使用——这两个代码也是在PPPL开发的——SPEC让物理学家同时确保等离子体具有最佳的聚变性能，磁体不会太复杂而难以制造
“没有必要优化等离子体的形状，然后再发现磁体难以建造，”哈德森说
哈德森和他的同事面临的一个挑战是验证代码升级的每一步都做得正确
他们缓慢而稳定的方法对于确保代码进行精确计算至关重要
哈德森说:“假设你正在设计一个组件，将搭载在火箭上飞往月球。”
“这部分工作非常重要
所以你不停地测试
" 更新任何计算机代码都需要许多互锁步骤: 首先，科学家必须将一组描述等离子体的数学方程翻译成计算机能理解的编程语言；接下来，科学家必须确定求解方程所需的数学步骤；最后，科学家必须验证代码产生了正确的结果，要么通过将结果与已经验证的代码产生的结果进行比较，要么使用代码求解简单的方程，其答案易于检查
哈德森和他的同事用截然不同的方法进行计算
他们用铅笔和纸来确定方程和求解步骤，用强大的PPPL计算机来验证结果
“我们证明了代码是有效的，”哈德森说
“现在它可以用来研究当前的实验和设计新的实验
"
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