ITER計(jì)劃的構(gòu)想起源于20世紀(jì)80年代冷戰(zhàn)的高潮期，由蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人戈?duì)柊蛦谭蚝兔绹?guó)總統(tǒng)里根共同提出。兩位領(lǐng)導(dǎo)人達(dá)成共識(shí)，決定合作開(kāi)發(fā)核聚變技術(shù)，這是一種清潔能源技術(shù)，未來(lái)有望為全球提供能源。該項(xiàng)目在一年后正式啟動(dòng)，當(dāng)時(shí)歐洲聯(lián)盟、日本、蘇聯(lián)和美國(guó)開(kāi)始共同設(shè)計(jì)一個(gè)大型國(guó)際核聚變實(shí)驗(yàn)設(shè)施(ITER)。
21世紀(jì)初，中國(guó)、韓國(guó)和印度加入了其他四個(gè)初始成員國(guó)，共同參與建造和運(yùn)營(yíng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。這個(gè)設(shè)施將允許全球的科學(xué)家和工程師深入研究核聚變技術(shù)，并在未來(lái)幾十年內(nèi)設(shè)計(jì)出商用反應(yīng)堆的原型。目前，這個(gè)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆正在法國(guó)的卡達(dá)拉舍(位于普羅旺斯地區(qū)艾克斯郊外)建造。
這七個(gè)成員國(guó)不僅提供資金支持，還通過(guò)提供組件和服務(wù)等實(shí)物捐助，幫助各國(guó)在特定領(lǐng)域培養(yǎng)本地技術(shù)專長(zhǎng)。這些實(shí)物捐助有助于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的次要目標(biāo)之一：培育全球聚變產(chǎn)業(yè)，確保當(dāng)核聚變成為商業(yè)化技術(shù)時(shí)，世界各地的地區(qū)都能夠掌握相關(guān)知識(shí)，運(yùn)營(yíng)自己的發(fā)電廠。
首屆私營(yíng)部門研討會(huì)
最近，ITER理事會(huì)決定開(kāi)始分配資源以支持日益增長(zhǎng)的私營(yíng)核聚變行業(yè)，并舉辦了一場(chǎng)大型研討會(huì)來(lái)啟動(dòng)這項(xiàng)新的工作。首屆私營(yíng)部門研討會(huì)于5月27日至29日在法國(guó)卡達(dá)拉舍的ITER組織總部舉行。
ITER通訊負(fù)責(zé)人Laban Coblentz表示，來(lái)自世界各地的代表參加了此次會(huì)議，他們代表了核聚變生態(tài)系統(tǒng)中不斷壯大的多樣化角色，包括投資者、政策制定者、核聚變公司和供應(yīng)鏈合作伙伴。
約300名來(lái)自不同組織的人士參加了這次活動(dòng)，他們中許多人在某種程度上存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并且可能對(duì)實(shí)現(xiàn)核聚變的最佳途徑持有不同看法，這為他們提供了一個(gè)分享看法、尋找共同愿景的機(jī)會(huì)。
實(shí)現(xiàn)核聚變的方法主要分為兩大類：第一類是磁約束聚變(MCF)，它利用磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體，需要像正在建設(shè)中的ITER托卡馬克或2015年開(kāi)始運(yùn)行的Wendelstein 7-X仿星器這樣的大型設(shè)備。第二類是慣性約束聚變(ICF)，它通過(guò)施加強(qiáng)大的沖擊來(lái)壓縮等離子體，以引發(fā)聚變反應(yīng)。
核聚變工業(yè)協(xié)會(huì)(FIA)首席執(zhí)行官Andrew Holland指出，自2021年以來(lái)，旨在根據(jù)其獨(dú)特方法建造反應(yīng)堆的私營(yíng)部門初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量急劇增加，同期約有40億美元的投資額。雖然全球?qū)司圩兊?0億美元投資中有大約80%流向了美國(guó)公司，但投資的地理多樣性正在增加。
霍蘭德在研討會(huì)的開(kāi)幕致辭中說(shuō)：“我們確實(shí)看到了新公司，尤其是歐洲和日本的公司，正變得更加雄心勃勃，吸引了更多的投資。”
計(jì)算機(jī)技術(shù)支持不斷發(fā)展的核聚變產(chǎn)業(yè)
核聚變項(xiàng)目無(wú)論采用哪種方法，至少需要在五個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)。
-首先，要在設(shè)計(jì)機(jī)器之前運(yùn)行模擬，以驗(yàn)證其基礎(chǔ)物理原理。
-其次，需要一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)機(jī)器內(nèi)部的不同組件。
-第三，要支持診斷系統(tǒng)，以便觀察操作的各個(gè)方面，從而能夠立即采取行動(dòng)或研究機(jī)器的行為。
-第四，需要為在反應(yīng)堆惡劣環(huán)境下進(jìn)行維修和維護(hù)的機(jī)器人提供動(dòng)力。
-最后，要收集和存儲(chǔ)來(lái)自診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以優(yōu)化模型，幫助未來(lái)設(shè)計(jì)出更先進(jìn)的機(jī)器。
需要的計(jì)算機(jī)技術(shù)包括：
用于執(zhí)行復(fù)雜模擬和分析診斷數(shù)據(jù)的高性能計(jì)算;
用于支持診斷設(shè)備和控制維修機(jī)器人的抗輻射集成電路;
用于在操作期間收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的高速存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò);
用于同步組件的控制軟件;以及專門用于模擬的軟件。
荷蘭公司Ignition Computing代表了這個(gè)日益擴(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)非常特殊的領(lǐng)域，它專注于創(chuàng)建和整合模擬模型。Ignition Computing的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Daan van Vugt在接受《Computer Weekly》采訪時(shí)解釋說(shuō)：“現(xiàn)有的代碼[建模軟件]通常專注于特定的物理現(xiàn)象，如磁平衡。”“你可能還有其他代碼來(lái)模擬粒子本身的運(yùn)動(dòng)，即傳輸過(guò)程。”
無(wú)論采取哪種核聚變方法，首要步驟是將數(shù)據(jù)“離散化”。要讓計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)世界需要數(shù)字信息，因此所有測(cè)量值和測(cè)量時(shí)間都必須數(shù)字化后才能用于模擬。
“你必須將數(shù)據(jù)分割成離散的點(diǎn)，以便計(jì)算機(jī)能夠處理它們，”van Vugt說(shuō)。“然后，你通過(guò)離散化將物理方程轉(zhuǎn)換成一系列你試圖解決的方程。”
在大多數(shù)情況下，需要同時(shí)研究多種現(xiàn)象，這稱為多物理場(chǎng)模擬。van Vugt指出，解決多物理場(chǎng)模擬問(wèn)題有兩種不同的方法。一種是逐一解決每個(gè)現(xiàn)象，比如先解決密度再解決溫度，并在它們之間進(jìn)行迭代。另一種方法是將它們一起解決，將所有現(xiàn)象合并為一個(gè)綜合方程，然后一次性求解。
為了模擬物理的某一方面而開(kāi)發(fā)的代碼有時(shí)會(huì)作為開(kāi)源代碼提供。根據(jù)不同的聚變方法，現(xiàn)有的代碼可以在不同項(xiàng)目之間重用，節(jié)省了大量的時(shí)間和勞力。希望首屆私營(yíng)部門研討會(huì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)能夠促進(jìn)更多的共享，為人類帶來(lái)更大的利益。
