Пересмотренное программное обеспечение позволяет исследователям легче определять границу плазмы в стеллараторах. При совместном использовании с двумя другими кодами этот код может помочь найти конфигурацию стелларатора, которая улучшает производительность проекта. Два взаимодополняющих кода определяют оптимальное расположение плазмы в вакуумной камере стелларатора, чтобы максимизировать эффективность реакций синтеза, и определяют форму, которую должны иметь внешние электромагниты, чтобы удерживать плазму в надлежащем положении.

Пересмотренное программное обеспечение, получившее название "Код равновесия ступенчатого давления со свободной границей (SPEC)", является одним из набора инструментов, которые ученые могут использовать для настройки характеристик плазмы, чтобы легче создавать энергию термоядерного синтеза. "Мы хотим оптимизировать как положение плазмы, так и магнитные катушки, чтобы сбалансировать силу, которая заставляет плазму расширяться, удерживая ее на месте", - сказал Стюарт Хадсон, физик, заместитель руководителя теоретического отдела PPPL и ведущий автор статьи, сообщающей о результатах в Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез.

"Таким образом, мы можем создать стабильную плазму, частицы которой с большей вероятностью сплавятся. Обновленный код спецификации позволяет нам знать, где будет находиться плазма для данного набора магнитных катушек".

Термоядерный синтез объединяет легкие элементы в форме плазмы - горячего, заряженного состояния вещества, состоящего из свободных электронов и атомных ядер, - и в процессе генерирует огромное количество энергии на солнце и звездах. Ученые стремятся воспроизвести термоядерный синтез в устройствах на Земле для получения практически неисчерпаемого запаса безопасной и чистой энергии для выработки электроэнергии.

Стабильность плазмы имеет решающее значение для термоядерного синтеза. Если плазма отскакивает внутри стелларатора, она может вырваться наружу, остыть и подавить термоядерные реакции, фактически погасив термоядерный огонь. Более ранняя версия кода, также разработанная Хадсоном, могла вычислять, какие силы воздействуют на плазму, только в том случае, если исследователи уже знали местоположение плазмы. Однако исследователи, как правило, не располагают такой информацией. "Это одна из проблем с плазмой", - сказал Хадсон. "Они перемещаются повсюду".

Новая версия кода спецификации помогает решить проблему, позволяя исследователям вычислять границу плазмы, не зная ее положения заранее. Используемая в координации с кодом проектирования катушки под названием FOCUS и кодом оптимизации под названием STELLOPT - оба из которых также были разработаны в PPPL - спецификация позволяет физикам одновременно гарантировать, что плазма будет обладать наилучшими характеристиками термоядерного синтеза, а магниты не будут слишком сложными в изготовлении. "Нет смысла оптимизировать форму плазмы, а потом выяснять, что изготовить магниты было бы невероятно сложно", - сказал Хадсон.

Одной из проблем, с которой столкнулись Хадсон и его коллеги, была проверка того, что каждый шаг обновления кода был выполнен правильно. Их медленный и устойчивый подход имел решающее значение для обеспечения того, чтобы код производил точные вычисления. "Допустим, вы разрабатываете компонент, который отправится на ракете на Луну", - сказал Хадсон. "Очень важно, чтобы эта часть работала. Так что ты тестируешь, и тестируешь, и тестируешь."

Обновление любого компьютерного кода требует выполнения ряда взаимосвязанных шагов:

• Во-первых, ученые должны перевести набор математических уравнений, описывающих плазму, на язык программирования, понятный компьютеру;
• Далее ученые должны определить математические шаги, необходимые для решения уравнений;
• Наконец, ученые должны убедиться, что код выдает правильные результаты, либо сравнивая результаты с результатами, полученными с помощью кода, который уже был проверен, либо используя код для решения простых уравнений, ответы на которые легко проверить.

Хадсон и его коллеги выполнили расчеты с использованием самых разных методов. Они использовали карандаш и бумагу для определения уравнений и шагов решения, а также мощные компьютеры PPPL для проверки результатов. "Мы продемонстрировали, что код работает", - сказал Хадсон. "Теперь его можно использовать для изучения текущих экспериментов и разработки новых".

Соавторами статьи являются исследователи из Института физики плазмы имени Макса Планка, Австралийского национального университета и Швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны. Исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США (Fusion Energy Sciences), программой исследований и обучения Евратома, Австралийским исследовательским советом и Фондом Саймонса.