韩国蔚山国立科学技术大学开发一种受视频游戏启发的算法可快速检测未来聚变反应堆的高能粒子碰撞
发布时间：2025-04-28 17:07:50 阅读数： 634
NuBDeC 模拟中碰撞检测结果的可视化。框 (a) 和 (b) 分别包含绿色和紫色三角形，粉色三角形跨越两个框的边界
一种用于检测核聚变反应堆内高速粒子碰撞的创新算法已被开发出来，其灵感源自电子游戏中用于判断子弹是否击中目标的技术。这项进展能够快速预测碰撞，显著提高未来聚变反应堆的稳定性和设计效率。
韩国蔚山国立科学技术大学核工程系尹爱成（Eisung Yoon）教授及其研究团队宣布，他们成功开发出一种碰撞检测算法，能够快速识别虚拟聚变装置内高速粒子的碰撞点。该研究发表在《计算机物理通讯》杂志上。
当应用于虚拟 KSTAR（V-KSTAR）时，该算法的检测速度比以往方法快 15 倍。V-KSTAR 是一个数字孪生体，可在三维虚拟环境中复制韩国超导托卡马克先进研究
聚变能，通常被称为人造太阳能，依靠注入高能中性粒子，将反应堆核心加热到接近太阳的温度。然而，如果一些粒子偏离预定路径，与反应堆壁相撞，就会造成损坏或干扰聚变过程。
研究团队结合游戏行业的碰撞检测算法来应对这一碰撞检测挑战，最终开发出一种比传统八叉树方法运行速度快15倍的新算法。八叉树方法将空间划分为不同的区域，并检查这些区域内是否存在粒子；而新开发的算法仅在必要时进行计算。
此前，探测过程需要对约30万个粒子与被划分为7万个三角形的壁面碰撞进行持续计算。新算法实施后，约99.9%的计算量现在可以通过简单的算术运算来减少。此外，碰撞区域的三角形划分有助于计算粒子轨迹与壁面的交点，即使在聚变反应堆结构复杂的三维形状中也是如此。
该算法有效地突出了V-KSTAR显示屏内壁上的热量集中区域，使没有专业知识的设计人员能够直观地识别风险区域。
“我们的算法使韩国聚变能研究所 (KFE) 能够将其中性粒子束模拟器扩展至三维框架，从而增强其性能，”尹教授说道。“这一进步能够更好地可视化光学诊断设备中的光路分布，并支持对磁场扰动的分析。”
“此外，我们开发的碰撞检测算法是一项关键的技术创新，在 V-KSTAR 的全面三维扩展中发挥着重要作用，而不仅仅是跟踪中性粒子束。
“我们计划基于 GPU 超级计算机开展进一步的研究，这种计算机的处理速度比传统的 CPU 计算机更快。这将促进我们正在进行的项目所需的高速计算。”
