橡树岭国家实验室超级计算机模拟或为核聚变反应堆失控电子问题提供解决方案

近日，美国普林斯顿等离子体物理实验室的研究科学家刘昌及其团队，在《物理评论快报》上发表了一项研究成果。该研究在美国能源部橡树岭国家实验室的Summit超级计算机上进行模拟，针对国际核聚变工厂ITER中的托卡马克装置内失控电子问题提出了潜在解决方案。

托卡马克装置通过磁场限制高温等离子体以实现核聚变。在聚变过程中，偶尔的温度下降可能引发逃逸电子的集中爆发，这些高能电子对反应堆面向等离子体的表面构成威胁。

刘昌团队利用Summit的强大计算能力，模拟了托卡马克中与失控电子相关的物理现象，特别是阿尔文波的作用。模拟结果显示，阿尔文波可以散射失控电子，防止其集中形成光束，从而避免潜在破坏。这一发现与D-III国家聚变设施的实验结果相符。

刘昌比喻道：“这就像清除山坡积雪以防雪崩，阿尔文波使电子在加速前分散，避免了威胁。”团队计划进一步将其他场景纳入模型，并利用Frontier超级计算机进行更精确的模拟。Frontier是Summit的后继机器，位于橡树岭领导力计算中心。

该研究得到了美国能源部科学办公室的支持，橡树岭领导力计算中心和D-III-D国家聚变设施是该项目的用户设施。刘昌表示，希望该工作能为ITER提供解决方案，引领清洁核能走向未来。