ITER研讨会聚焦：计算技术在核聚变革命中的关键作用

ITER计划的构想起源于20世纪80年代冷战的高潮期，由苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根共同提出。两位领导人达成共识，决定合作开发核聚变技术，这是一种清洁能源技术，未来有望为全球提供能源。该项目在一年后正式启动，当时欧洲联盟、日本、苏联和美国开始共同设计一个大型国际核聚变实验设施(ITER)。

21世纪初，中国、韩国和印度加入了其他四个初始成员国，共同参与建造和运营一个实验反应堆。这个设施将允许全球的科学家和工程师深入研究核聚变技术，并在未来几十年内设计出商用反应堆的原型。目前，这个实验反应堆正在法国的卡达拉舍(位于普罗旺斯地区艾克斯郊外)建造。

这七个成员国不仅提供资金支持，还通过提供组件和服务等实物捐助，帮助各国在特定领域培养本地技术专长。这些实物捐助有助于实现项目的次要目标之一：培育全球聚变产业，确保当核聚变成为商业化技术时，世界各地的地区都能够掌握相关知识，运营自己的发电厂。

首届私营部门研讨会

最近，ITER理事会决定开始分配资源以支持日益增长的私营核聚变行业，并举办了一场大型研讨会来启动这项新的工作。首届私营部门研讨会于5月27日至29日在法国卡达拉舍的ITER组织总部举行。

ITER通讯负责人Laban Coblentz表示，来自世界各地的代表参加了此次会议，他们代表了核聚变生态系统中不断壮大的多样化角色，包括投资者、政策制定者、核聚变公司和供应链合作伙伴。

约300名来自不同组织的人士参加了这次活动，他们中许多人在某种程度上存在竞争关系，并且可能对实现核聚变的最佳途径持有不同看法，这为他们提供了一个分享看法、寻找共同愿景的机会。

实现核聚变的方法主要分为两大类：第一类是磁约束聚变(MCF)，它利用磁场来约束等离子体，需要像正在建设中的ITER托卡马克或2015年开始运行的Wendelstein 7-X仿星器这样的大型设备。第二类是惯性约束聚变(ICF)，它通过施加强大的冲击来压缩等离子体，以引发聚变反应。

核聚变工业协会(FIA)首席执行官Andrew Holland指出，自2021年以来，旨在根据其独特方法建造反应堆的私营部门初创企业数量急剧增加，同期约有40亿美元的投资额。虽然全球对核聚变的60亿美元投资中有大约80%流向了美国公司，但投资的地理多样性正在增加。

霍兰德在研讨会的开幕致辞中说：“我们确实看到了新公司，尤其是欧洲和日本的公司，正变得更加雄心勃勃，吸引了更多的投资。”

计算机技术支持不断发展的核聚变产业

核聚变项目无论采用哪种方法，至少需要在五个关键领域运用计算机技术。

-首先，要在设计机器之前运行模拟，以验证其基础物理原理。

-其次，需要一个或多个控制系统来协调机器内部的不同组件。

-第三，要支持诊断系统，以便观察操作的各个方面，从而能够立即采取行动或研究机器的行为。

-第四，需要为在反应堆恶劣环境下进行维修和维护的机器人提供动力。

-最后，要收集和存储来自诊断系统的数据，以优化模型，帮助未来设计出更先进的机器。

需要的计算机技术包括：

用于执行复杂模拟和分析诊断数据的高性能计算;

用于支持诊断设备和控制维修机器人的抗辐射集成电路;

用于在操作期间收集和存储数据的高速存储网络;

用于同步组件的控制软件;以及专门用于模拟的软件。

荷兰公司Ignition Computing代表了这个日益扩展的生态系统中一个非常特殊的领域，它专注于创建和整合模拟模型。Ignition Computing的创始人兼首席执行官Daan van Vugt在接受《Computer Weekly》采访时解释说：“现有的代码[建模软件]通常专注于特定的物理现象，如磁平衡。”“你可能还有其他代码来模拟粒子本身的运动，即传输过程。”

无论采取哪种核聚变方法，首要步骤是将数据“离散化”。要让计算机模拟现实世界需要数字信息，因此所有测量值和测量时间都必须数字化后才能用于模拟。

“你必须将数据分割成离散的点，以便计算机能够处理它们，”van Vugt说。“然后，你通过离散化将物理方程转换成一系列你试图解决的方程。”

在大多数情况下，需要同时研究多种现象，这称为多物理场模拟。van Vugt指出，解决多物理场模拟问题有两种不同的方法。一种是逐一解决每个现象，比如先解决密度再解决温度，并在它们之间进行迭代。另一种方法是将它们一起解决，将所有现象合并为一个综合方程，然后一次性求解。

为了模拟物理的某一方面而开发的代码有时会作为开源代码提供。根据不同的聚变方法，现有的代码可以在不同项目之间重用，节省了大量的时间和劳力。希望首届私营部门研讨会的经验教训能够促进更多的共享，为人类带来更大的利益。