Если вы хотите построить термоядерный реактор, то вам нужно уметь предсказывать поведение плазмы. Но при этом плазма – это агрессивная среда, в которой очень трудно проводить измерения. Поэтому огромное значение приобретает умение симулировать на компьютере термоядерные процессы.
Такие процессы протекают очень неравномерно как в пространстве, так и во времени. Области с высокой концентрацией плазмы и быстрым течением процессов сменяются областями разряженной плазмы, в которых процессы протекают значительно медленнее. При этом критически важно иметь точное представление как о физике в областях с большой плотностью и быстрыми процессами, так и о физике областей с низкой плотностью и медленными процессами, поскольку они оказывают друг на друга непосредственное влияние. Если использовать для такой системы прямое численное моделирование, когда каждая точка пространства и каждое мгновение времени рассматриваются одинаково, то оба типа областей рассматриваются с одной и той же детализацией. Здравый смысл подсказывает, что нельзя огрублять моделирование быстрых процессов в плазме высокой плотности, что означает выбор определенного уровня детализации. Но такая детализация с неизбежностью оказывается избыточной для медленных процессов в разряженной плазме. Такая избыточность ведет к быстрому накоплению ошибок, большому расходу компьютерных мощностей и делает прямые вычислительные схемы неэффективными.
Значительно большую эффективность показывают схемы многомасштабного моделирования, при котором система рассматривается на разных уровнях детализации. В качестве примера можно привести недавнюю работу ученых из Лаборатории физики плазмы Принстонского университета, которые применили в симуляции поведения плазмы в ТОКОМАКе проективный интеграционный метод моделирования без уравнений.
Суть таких методов заключается в выстраивании подробной модели маленькой базовой области на коротком временном промежутке, после чего результаты такого моделирования используются как основа для описания длительных процессов в большой области, состоящей из большого числа связанных базовых областей. При этом никакие явные уравнения, описывающие развитие процессов в большой области, не выводятся. Отсюда и уточнение «без уравнений».
В случае симуляции процессов внутри ТОКОМАКа в качестве базовой области рассматривалась в течение миллисекунд микрообласть с плазмой, после чего делались долгосрочные прогнозы.
Ученые утверждают, что такой модифицированный метод симуляции позволяет ускорить вычисления в четыре раза. А в дальнейших планах стоит учет турбулентных процессов при симуляции для ТОКОМАКа и симуляция процессов в стеллараторе.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
