聚變堆全裝置動理學等離子體演化模擬首次實現

　　近期，中國科學技術大學在新一代神威超級計算機上首次實現EAST（先進實驗超導托卡馬克）和CFETR（中國聚變工程試驗堆） “聚變堆全裝置動理學等離子體演化模擬”，這是該校首次作為第一完成單位入圍被稱為“超算領域諾貝爾獎”的戈登·貝爾獎。

　　聚變能具有燃料豐富、清潔、安全性高、能量密度大等突出優點，是解決未來能源問題最有希望的途徑，被認為是人類的終極能源。

　　目前，在受控聚變領域最主流的托卡馬克裝置中，由于中心等離子體溫度需要達到1億度以上，而外部約束超導磁體則需要在接近絕對零度的環境中，超高的溫度與壓強梯度會驅動各種等離子體中的不穩定性從而破壞約束。如何更精確地模擬磁約束等離子體長時間演化以便設計更經濟而約束性能更好的托卡馬克裝置一直是一個難點。

　　中國科學技術大學和中科院合肥物質科學研究院是中國核聚變研究的重要基地。中國科學技術大學是國家磁約束聚變堆總體設計組的依托單位，成立了磁約束聚變堆設計研究中心，協同全國相關單位進行中國聚變工程試驗堆工程概念設計。該校與中科院數學與系統科學研究院合作，自主設計了等離子體帶電粒子—電磁場系統的大規模保結構動理學數值模擬軟件；通過在算法、軟件棧和自動向量化等方面進行一系列關鍵技術創新，在新一代神威超級計算機首次對EAST和CFETR全裝置等離子體演化實現最大規模的長時間高保真模擬。

　　未來，隨著超級計算機算力達到10E級，模擬分辨率將進一步提升，并可將研究擴展到更強磁場的托卡馬克等離子體，探索強磁場中反常輸運、不穩定性等重要問題，研究燃燒等離子體科學中以前無法解決的新問題，描述等離子體放電從啟動到終止的整個演化過程。

　　這項成果由中國科學技術大學肖建元副研究員課題組與安虹教授課題組聯合攻關，在中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所、中科院數學與系統科學研究院、國家超級計算無錫中心、北京大學和鄭州大學相關研究人員的緊密配合下完成。

　　戈登·貝爾獎是國際高性能計算應用領域最高學術獎項，由美國計算機學會評選和頒發。今年，我國共有3項超算應用入圍戈登·貝爾獎。