核聚变70年难题被攻克核聚变装置设计效率提升10倍
核聚变领域，一个卡了70年的老问题——高能粒子的“逃逸”，现在终于被攻克了！
众所周知，一旦实现可控核聚变，将带来源源不断、无碳无污染的能源。
然而，核聚变存在高能粒子“逃逸”问题，这些“逃逸”的电子速度极高，能直接打穿反应堆壁，给聚变装置带来安全隐患。
最近，德州大学奥斯汀分校（UT Austin），联合Los Alamos的研究团队，开发出一种全新算法，可以大幅提升磁场对高能粒子的约束效率，让恒星器（stellarator）和托卡马克（tokamak）等装置的设计，提速10倍！
具体来说：
- 在核聚变反应中，α粒子（也就是氦核）不仅是产物，更是加热燃料的“加油器”。但这些粒子会通过磁场中的漏洞“漏”出去，导致聚变熄火。
- 传统上用牛顿力学可以精准预测这些漏洞，但模拟一个设计要耗费极高的计算资源。虽然准，但太慢。
- 工程师常用的“扰动理论”算法虽快，但不准，容易错漏关键问题，拖慢整个恒星器（stellarator）这类聚变装置的研发。
此次研究的关键在于，研究团队构建了一个非微扰导向中心模型，基于全轨道模拟数据，直接学习一个称为“绝热不变量”J的新物理量，打破了传统理论只能在小尺度下成立的局限性：
研究团队结合“对称性理论”和“非微扰导向中心”（non-perturbative guiding center model）模型，设计出一种更聪明的计算方式——
采用数据驱动+对称性假设，推导出保留Hamilton结构的全新模型。
换句话说，既然传统理论只能在小尺度下成立，那我直接学习一个新物理量（“绝热不变量”J），从而绕过局限。
实验结果表明，该方法：
- 计算速度比牛顿法快10倍
- 精度大幅超过传统导向中心理论
- 可同时适用于恒星器和托卡马克两种主流聚变装置
这项研究由UT Austin物理系助理教授Josh Burby带队，论文已发表在《Physical Review Letters》。背后还有能源部的资金支持。
目前，该方法需针对每种磁场结构单独训练，未来如果能实现磁场结构与不变量之间的直接映射，将进一步提升其实用性。
虽然聚变能源距离真正商用还有不少技术难关，但更快的设计、更精准的建模，让70年的老问题终于有了答案。
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