国内等离子体物理代码进展磁约束 肺移植国内外进展

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国内等离子体物理代码进展(磁约束)

今天在IFTS-ZJU进行GeFi项目新一次(上次是2011.11)非正式研讨会。

定期举行项目会,期望是逐步把GeFi打造成国内为主发展起来的有世界影响力的品牌性代码。GeFi(gyro-kineticelectron, full-kinetic ion)在框架上已能保证是一个极powerful的代码。理论框架主要来自Prof.CHEN,最初的版本由LIN Yu开发,目前主要由WANGXue-yi维护及进一步开发。它第一次在现有计算机条件下,能用动理学方式来模拟真实的电子离子质量比(1836或以上),比如模拟低杂波(LHW)。此前的代码,要么只能用流体模拟,要么只能取较小的电子离子质量比,或者完全的回旋动理学从而只能模拟低频现象。从约2002年起,到2005年及2008年,GeFi的1D-3D平板位形静电和电磁版本都已经过检验。目前,柱位形也已经能算初步结果。期望是做到环位形(尤其Tokamak),圆截面、非圆截面,在接下来的十年、二十年中发挥大作用。不过,最早的版本都是在美国的funding下发展起来的,算不上国内的代码。

讨论中也提及,国内是该发展自己的大代码了。一拿出来,都是国外的代码,一个自己的都没有,丢人呐。这话大家都知道,问题是,谁来做这件事?

好囧的发现,这帮以搞数值为主的BOSS们对国内代码的发展的了解看来还有限的很呐。譬如,不知国内有好几个像模像样的代码已经出来或者正在构想中了。于是发现,好像国内最该/最能出面来叙述这方面的进展的反倒是我这个打酱油的了。好吧,就写写。

1. 国内还没有自己的大代码,不等于华人界没有

磁约束领域中,华人界做代码的,top人物不少。如,旗舰式的代码GTC(林志宏,http://phoenix.ps.uci.edu/GTC/),可以说是全世界聚变界中大规模并行计算的起点,1998年那篇Science到处可看到被引用;又徐学桥的BOUT、BOUT++、TEMPEST;PPPL老一辈的W.Tang,W. W. Lee,C. Z.Cheng(NOVA系列,等),及稍年轻一辈的傅国勇(M3D-K等),乃至以理论为主的秦宏也开发有好几个代码。这些看来,聚变界中,大代码的发展,华人界不仅强悍甚至几乎是领头力量。

2. 2007年的情况

直接贴王晓钢老师“全国计算物理学会第六届(2007.10)年会和学术交流会论文摘要集p104_国内计算等离子体物理研究进展”的摘要:

国内计算等离子体物理研究进展,王晓钢,北京大学物理学院


在一系列国家重大科学计划支持下, 国内计算等离子体物理研究工作近年发展很快。主要在以下几个方面


国内等离子体物理代码进展(磁约束) 肺移植国内外进展
聚变等离子体数值研究
主要包括磁约束和惯性约束研究。惯性约束研究发展比较好。磁约束聚变的数值模拟刚刚起步。


空间等离子体数值模拟
在双星计划和国家自然科学基金重大项目支持下, 这方面的研究发展较快。主要是等离子体磁重联方面,以及卫星数据处理方面。

低温等离子体数值模拟
发展势头一直比较好。目前是等离子体数值模拟的主要队伍。


那时,确实可以说国内磁约束聚变的数值模拟刚刚起步。

3. 一些最新情况(至2012.05)

早期(1990s)发展起来的代码至今仍较有影响力的不多,大部分都是跟在国外的路后面写的,如解Fokker-Planck方程、解简单位形下的磁流体方程、输运方程之类。较为独特的一个可能只有董家齐老师的HD7代码(也非纯国内开发),用积分方程(保留更多全局效应)方法求解托卡马克中漂移类型波动的本征值及模结构问题。代码功力较好的较少,李继全老师可能勉强可算(开发有不少中小型代码,非常熟练,但尚无大代码)。

年轻一代中(近几年毕业或尚未毕业的),肖小涛(目前在ASIPP理论组)的Hamiltonian粒子轨道GCM代码,或徐颖峰(USTC,2011)的GYCAVA可以算,不过,他们(都出自王少杰小组)这一套,还远没能像R.B.White的ORBIT一样在实际中广泛的用上。

再,虞立敏(ZJU&ECUST)的本征值代码KAEC(2009),数千行中型code(改写自PPPL的代码),也能排上号。

PKU卢志鑫的模解耦(MSD)方式研究波包传输的代码也像模像样了,且在进一步发展中,算得上一套新的powerful的工具。

4. 不算的情况

XHMGC仅算改写(王鑫,ZJU);而,引进的国外开发的GTC、ORBIT、BOUT、M3D、GeFi都不算。

5. 可以一提的新突破

现实只有上面这些悲观情况吗?NO!

国内Plasma界第一个能为全世界广泛使用的代码在去年就已经产生了。即,PPLU (Plasma Physics LearningUtility,http://ifts.zju.edu.cn/forum/viewtopic.php?f=18&t=461,谢华生,2011.06),以可视化方式,帮助等离子体物理初学者入门,1.1版已包含13个模块,涵盖几乎所有基础等离子体物理课程涉及的问题。从反馈情况来看,已经广泛的在国内和国外的教学和研究中被应用。它尽管基础,但算得上国际上最先乃至目前唯一一个这样的代码。不论是学等离子体物理,还是用来学这一领域的基本数值技术,都很实用。(有愿意作为作者之一,来写文档,或者完善原有程序及补充新程序的,可联系我)

只有PPLU这种基础代码(集)吗?NO!

祝佳的3D托卡马克位形回旋动理学代码目前已经可以很好的运行,并行上千核。算得上国内第一个有突破性的中型或者大型代码。也就是说,国内实际上已经有自己的代码了。

还有么?Of Course!

于治(现ASIPP)的SimPla目标宏大,期望写一个大框架,只要往里面写方程就能模拟各种等离子体物理现象。远景很庞大,非一朝一夕,但至少目前已经实现了初步的版本,比如模拟回旋波之类,都很正常。

构想中的?

孙有文(ASIPP)写过一系列代码,包括有帮助设计JET控制边缘局域模(ELM)的共振磁扰动(RMP)装置。新的构想是写一个3D托卡马克的流体代码,根据模拟情况不断(加新的项、新的物理)修正完善,去拟合实验(如,EAST)。

6. 作一个总览

北大:做数值的,一人分配一个大代码,GTC、GYRO、M3D等。【短期可,长期不是好的选择。】

科大:徐颖峰等。【还没太大影响力】

浙大:虞立敏(KAEC),祝佳(RAEEP),王鑫(XHMGC),刘东剑(FMEF),谢华生(PPLU,等)【已经有自己开发的新代码了,并且在不断壮大中】【另,激光方面,张智猛(2011毕业)的LPIC-2D也已获得不少应用】

两所:主要基于现成代码(EFIT等),但也开始在构造自己的代码。

其他:小代码

另外是,2011ITER专项"磁约束核聚变数值模拟与理论"项目启动会议(http://ifts.zju.edu.cn/forum/viewtopic.php?f=11&t=543)的五个大项目。每个项目有几百万RMB。可惜,要么是基于现成的大code,要么是集成原有的国外的codes,要么就是太专门的code(甚至算不上大code),五个中没一个是说要独立的开发出一个新的大型代码。

BOSS们愁眉苦脸,以为国内聚变的代码发展非常悲观,没人能担起这样的重任。可是,他们没想到的是,实际上年轻人自发非自发的早已有系列产出了,而且更多、更庞大、更有影响力的新代码还在不断产生中。哈哈,偷偷的,就是不告诉他们。

(注:最初写blog之类公开的文字时,常直接用汉语真实姓名,后来觉得还是不太好,于是有时用英文全拼,有时缩写,有时简写。不过,这篇还是尽量直写吧。)

xiehuasheng

2012-06-11 23:52

  

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