巧妙设计和特殊的磁铁形状可以抵消等离子体的漂移,最起码可以防止粒子从等离子体中飘走。虽然这在理论上容易解释,但现实中研究者们需要进行大量的工作。为确保磁场具有一个精确的分布,研究者们需要在不同尺度下进行大量的计算,而且这些计算都是三维的。

所以,还需要开发计算机程序来模拟等离子体在整个仿星器中的运动轨迹。而且,还需要等待电脑运算能力足够强大来运行这些程序。 MPIPP仿星器项目负责人Klinger教授表示:“80年代的超级计算机就可以解出其中涉及的某些方程。但现在的计算能力大大增强,所以根据最新的结果,我们认为仿星器可以进一步实现优化。”

德核能科学家创造出一头“负载怪兽”:模拟太阳内部持续不断的核聚变反应

图丨计算机程序模拟的仿星器中扭曲的磁场的分布

实际上,Kinger教授口中轻描淡写的“优化”,真正操作起来是一个极其复杂的过程。科学家们需要决定哪个系统参数需要优化,以及优化的范围。更难的是:没有一个单一的计算机模型可以包含完整的参数,因为模型所需要的物理参数实在是太多了。

为了获得等离子体在仿星器中的精确图像,需要分别计算磁场模型和计算等离子体类流特性的磁流体力学模型。然后,为了验证磁场对粒子漂移的束缚作用和粒子碰撞,还需要计算单一粒子在磁力线间运动的模型,以及可以处理漫射的模型。

所有的这些模型建立后,都需要进行计算机模拟和实验验证,全部通过后才能进入试验设备的优化阶段。

创造一头“负载怪兽”

好了,上面这些描述仿佛让仿星器成了一项“不可能完成的任务”。但经过近 50 年的努力,科学家们还是成功了!研究者们最终创造一头“负载怪兽”:文德尔施泰因7-X(Wendelstein 7-X,W7-X)仿星器——W7-X看起来非常漂亮,但组装起来可绝非易事。