作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 信用:ITER组织
托卡马克是一种利用磁场将等离子体限制在环形腔中的装置，它在高性能核聚变反应堆的发展中发挥着至关重要的作用
ITER托卡马克将成为世界上最大的核托卡马克，它特别有可能决定未来核反应堆的制造方式
ITER是一项高度复杂的技术，它使用全新的策略，这意味着建造它的人面临着前所未有的挑战
为了促进ITER托卡马克的设计和运行，世界各地的科学家一直在进行所谓的核分析，旨在从理论上检查其结果和潜力
到目前为止，基于ITER反应堆收集的数据进行的核分析依赖于详细但部分的模型，这些模型只代表了托卡马克的特定部分
然而，随着机器设计的进步，这些模型呈现出明显的局限性和不确定性
与它的安全性和操作相关的那些是特别相关的
考虑到这一点，UNED国立远程教育大学的研究人员最近开发了E-lite，这是ITER托卡马克的一个详细而现实的蒙特卡罗N粒子输运(MCNP)模型
这一模型发表在《自然能源》杂志的一篇论文中，它有可能极大地提高评估这种磁聚变装置的核分析的可靠性和精确度
开展这项研究的研究人员之一拉斐尔·华雷斯(Rafael Juarez)告诉Phys，“由于几十年前计算的局限性，包括我们自己(UNED的TECF3IR研究小组)在内的世界范围内的ITER中子学团体，到目前为止一直在使用ITER托卡马克的部分模型。”
（同organic）有机
“然而，从那以后，计算机能力有了显著的发展
此外，近年来，我们使用的计算代码也有所进步，其中一些是由TECF3IR实现的
" 更先进的计算机和更复杂的代码的发展最终促成了越来越现实和复杂的托卡马克模型的产生
因此，在过去的几年里，全世界的研究人员已经引入了许多新的用于核分析的部分模型
或者，也可以根据应用考虑整机的简化模型
尽管如此，这些模型中没有一个捕捉到机器的完整、详细的表示，工程师希望以高置信度确定反应堆的安全和运行质量
华雷斯说:“到2018年9月，在UNED，我们与ITER组织和能源融合组织合作，致力于改进几个部分模型，我们把这些点联系起来:我们意识到我们已经能够改变方法，而不是改进它。”
“我想说，这是多年来积累的证据，人们只需要把它们联系起来，就能认识到整个社会在过去几年中取得的巨大进步的意义
这启发我们创建了一个完整的ITER核分析模型
我们试过了，很有效
" 研究人员设计的MCNP模型在很大程度上是受以前部分模型的启发，包括所谓的C模型
部分模型被认为是不可接受的，并由用户为特定应用定制
新模型被安排在一个块状结构中，模块部件代表ITER托卡马克的特定部件
为了开发它，研究人员在七个实例中展开了先前设计的C模型的块结构，覆盖了托卡马克的280度，然后添加了剩余80度的详细表示，包括托卡马克的中性束注入器
随后，他们对模型进行了调整和修正，以确保它也考虑到了机器的一些不对称性
华雷斯说:“这些积木里装满了该机器特定部件的最新MCNP产品。”
“对称组件的表示，如分流盒，被重复，而其余的，如诊断端口插头，出现在单个实例中
总的来说，我们可以说E-lite在很大程度上是一个正确排序的模型的马赛克，并保持了其前身的理念，即作为一个可维护和可调整的模型
" 华雷斯和他的同事设计的模型与以前的ITER托卡马克模型的主要区别在于，它不需要边界条件来表示整个装置
另一方面，新模型捕捉到了设备的全部几何形状，包括形成辐射场的不对称
以前的模型没有考虑到这些不对称，这是不确定性的来源，并导致不可靠的结果
“ITER托卡马克核反应的不确定性与部分模型的使用有关，现在可以估计，”华雷斯说
“或者，核分析可以直接在E-lite中进行，以避免这种不确定性
这通常在不同程度上影响每一个量，其中一些量与超导线圈的核热量、用于测量等离子体功率的辐射探测器的现场维护或校准的停堆剂量率相关
" 华雷斯和他的同事证明了创建一个完整的、异质的ITER托卡马克MCNP模型在计算上是可行的
此外，他们表明这样的模型比现有的部分模型更加可靠和准确
该模型很快将被用于进行核分析，使研究人员能够更确定地评估反应堆可能的安全性和可靠性
此外，最近的这项研究可能会激励世界各地的其他研究团队设计其他复杂核系统的MCNP模型
华雷斯说:“在TECF3IR，我们有两条工作路线，第一条与改进用于核分析的方法和工具有关。”
“我们目前正在开发一种工具，将计算机辅助设计转换为MCNP(地球同步轨道-UNED)和新的方差减少技术，以加速蒙特卡罗方法中停堆剂量率的确定
我们还在研究新的、更精确的方法，以确定受辐射流体放射性存量的时间演变，这与许多应用相关
" 除了为核分析相关研究设计更好的工具之外，研究人员目前正在对世界各地的核设施进行高度精确的核分析
因此，他们计划继续与ITER组织以及世界各地从事核技术工作的其他团队合作
华雷斯补充说:“我们还在欧洲聚变联盟的框架下开展各种项目:(一)IFMIF-DONES设施，这是一个用于聚变相关研究的特殊粒子加速器，与我们有着长期的高度相关性的合作，(二)JET(联合欧洲圆环体)是目前运行中最强大的核托卡马克，具有独特的活动，如聚变环境中代码的实验验证，(三)未来欧洲反应堆的设计，当然，我们计划继续参与其中。”
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