计算超级计算机中的10亿个等离子体粒子

聚变能的产生利用在高温等离子体内发生的聚变反应。为了实现聚变能的产生，我们利用环形配置将等离子体限制在磁场中。与提高等离子体核心区域的温度和密度一起，还必须控制围绕等离子体的边缘区域中的等离子体。在受限等离子体的边缘区域出现等离子体斑点。因为这种等离子体斑块在限制容器壁的方向上移动，所以担心等离子体将与壁接触并且等离子体温度将下降。为了控制这种类型的血浆斑点，精确地理解和预测斑块的运动是未来聚变能量实现的重要课题之一。为了详细研究血浆斑点的复杂运动，计算模拟是必要的。有几种方法可以模拟带电的粒子(离子和电子)的聚集。最准确的方法是计算构成等离子体的每个粒子的运动并计算由此产生的电场。为了准确地理解血浆斑点的行为，需要从微观水平(粒子水平)进行模拟。然而，执行这样的模拟非常困难，因为需要大量的计算。有几种方法可以模拟带电的粒子(离子和电子)的聚集。最准确的方法是计算构成等离子体的每个粒子的运动并计算由此产生的电场。为了准确地理解血浆斑点的行为，需要从微观水平(粒子水平)进行模拟。然而，执行这样的模拟非常困难，因为需要大量的计算。有几种方法可以模拟带电的粒子(离子和电子)的聚集。最准确的方法是计算构成等离子体的每个粒子的运动并计算由此产生的电场。为了准确地理解血浆斑点的行为，需要从微观水平(粒子水平)进行模拟。然而，执行这样的模拟非常困难，因为需要大量的计算。

研究结果

国立融合科学研究所的Hiroki Hasegawa博士和Seiji Ishiguro博士使用NIFS等离子体模拟器超级计算机成功地在世界上首次成功地对“边缘区域”中的血浆斑点进行了微观模拟。等离子体。等离子模拟器作为专用于等离子和聚变科学的超级计算机，在世界上具有最大的容量。在这里，除了利用等离子体模拟器的容量重新开发计算程序之外，他们还能够计算10亿个粒子的运动。当计算相同尺寸的等离子体时，与迄今为止用于计算斑点粒子的方法相比，计算次数超过10,000，就好像它们是单位一样。

根据该模拟，精细的分析结合了由粒子和电场的运动相互提供的影响，这在迄今为止使用的方法中是不可能的。此外，在我们从粒子水平追求弦状等离子体斑点的运动的同时，我们能够澄清等离子体内的粒子运动的微观内部结构和温度分布。通过理解这种类型的内部结构，可以研究内部结构对血浆斑块运动的影响。此外，我们澄清了血浆斑块携带杂质的情况。

这些研究结果以及对血浆斑点行为的极大理解，大大提高了预测准确性。这些研究成果于2016年10月17日至22日在日本京都举行的第26届国际原子能协会(IAEA)聚变能会议上报告。结果也得到了高度评​​价，后来作为特邀演讲在30日举行。 2016年11月29日至12月2日在日本仙台举行的日本等离子体与核聚变研究学会第三次年会，研究成果也引起了广泛关注。

词汇

1.从微观层面进行模拟

通过基于流体模型的模拟，我们可以理解等离子体作为一个整体，我们可以通过少量计算了解等离子体的一般行为。但是，我们无法复制由等离子体粒子运动引起的现象。从包含等离子体的所有单个粒子的运动和用于计算由这些粒子产生的电场的方法(从微观水平模拟)，我们可以追踪等离子体的一般行为。将其与以下内容进行比较。我们构建了一个模拟模型，其中我们遵循了10亿人口国家中每个公民的所有货币交易。然后我们就可以掌握全国各地的资金流动情况。但是，需要进行大量的计算。

2.杂质

在边缘区域中，由于各种原因产生杂质(除了诸如碳，氧，铁等的氢之外)，并且当杂质进入核等离子体时，出现等离子体温度下降的问题。了解这些杂质的行为并准确预测它们的行为也是实现聚变能量的重要问题之一。

3.速度分布

由气体如空气和等离子体组成的颗粒在飞行时具有不同的速度。描绘水平轴上的粒子速度和垂直轴上该速度下的粒子数显示速度分布。速度分布的宽度代表温度。这表明宽度越宽，温度越高。