计算机生成的图像显示了聚变等离子体核心和边缘的组合模拟。(图片来源：Choongseok Chang / PPPL)

2月14日，美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的一支科学家团队因开发了一种新颖的计算机模拟框架和代码而荣获美国能源部部长荣誉成就奖。这一成果是团队在聚变等离子体模拟领域取得的重大突破。

该计算机程序名为“整体设备模型应用程序”(WDMApp)，是首个采用“紧密代码耦合”技术同时模拟聚变等离子体外部和内部区域的代码。该技术通过等离子体物理学的基本方程将两种或多种代码组合在一起，实现了高度相互依赖，使得科学家能够以前所未有的详细程度了解等离子体行为，并设计出更高效的聚变设施。

WDMApp结合了三种代码的建模功能，包括由德国马克斯普朗克等离子体物理研究所开发的回旋运动电磁数值实验(GENE)代码、由科罗拉多大学博尔德分校开发的回旋运动电磁(GEM)代码，以及主要由PPPL管理首席研究物理学家Choongseok (CS) Chang及其团队开发的回旋运动代码(XGC)，用于模拟等离子体边缘。这一合作涉及多家研究机构，包括阿贡国家实验室、德克萨斯大学奥斯汀分校、科罗拉多大学博尔德分校、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、橡树岭国家实验室和罗格斯大学。

科学家们开发WDMApp的目的是模拟聚变装置托卡马克中核心和边缘的相互作用，因为核心中的等离子体行为会受到边缘发生情况的影响，反之亦然。这一模拟有助于科学家更深入地了解聚变过程中的关键现象，从而设计更高效、更可靠的核聚变设施。

美国能源部部长荣誉成就奖旨在表彰代表部门共同取得重大成就的联邦雇员、承包商或军人团队，并强调合作和团队精神。此次获奖的PPPL团队正是这一精神的典范。

此外，WDMApp的开发也是美国能源部百亿亿次计算项目(ECP)的一部分。该项目从2016年至2023年，专注于打造百亿亿次级计算硬件和可以在新硬件上运行的软件，以及研究人员可以使用百亿亿次计算来推动科学发展的方法。这些新机器每秒可以执行数万亿次运算，为一系列学科的发现提供了强大动力。

PPPL的WDMApp团队成员包括前理论负责人Amitava Bhattacharjee、首席研究物理学家Chang、研究物理学家Julien Dominski、PPPL计算组副主任Stéphane Ethier、副研究员物理学家Robert Hager、研究物理学家Seung-Hoe Ku、计算科学家Albert Mollen以及工作人员研究员物理学家Benjamin Sturdevant。

Bhattacharjee教授表示：“能够领导WDMApp团队是我的荣幸。参加ECP对我们所有人来说都是一次激动人心的经历，有助于我们迎来百亿亿次级时代。我感谢WDMApp团队的每一位成员以及整个ECP社区的贡献。”