游戏产业技术让“人造太阳”核聚变模拟速度提升15倍
UNIST Yoon Uiseong教授团队开发复杂三维聚变堆粒子碰撞探测算法
仅筛选高碰撞可能性粒子分区计算，发表于《Comput. Phys. Commun.》
利用判断游戏中子弹是否击中敌人的技术，研究人员提出了一种在核聚变反应堆内壁上探测高速粒子碰撞的新算法。
该算法即便在复杂的三维结构中也能快速预测碰撞位置，有望大幅提升今后核聚变装置的安全性和设计效率。
蔚山科学技术院（UNIST）原子力工学系研究团队表示，已开发出一种能够在虚拟核聚变装置中快速判别高速粒子碰撞位置的算法，此消息于17日公布。
将这一算法应用于V-KSTAR后，探测速度较以往最高提升了15倍。V-KSTAR是将韩国型核聚变实验装置KSTAR原样搬入三维虚拟空间构建的数字孪生系统。
被称为“人造太阳”的核聚变发电，为了使聚变炉内部像太阳一样炽热，需要注入高速中性粒子。在这一过程中，如果部分粒子失去控制与装置内壁发生碰撞，可能导致聚变炉壁受损，甚至中断核聚变反应。
研究团队将游戏产业中使用的碰撞检测算法引入到上述碰撞粒子探测问题中，开发出新的算法。该算法比八叉树（Octree）方法快15倍。八叉树方法是事先以固定方式将空间细分，再逐一确认其中是否存在粒子，而此次提出的算法仅在必要时进行计算。
以往需要在每一时刻计算多达30万个粒子是否与由7万个三角形构成的壁面发生碰撞，而采用本次算法后，仅通过简单的四则运算即可将约99.9%以上的情形排除在计算对象之外。此外，对碰撞区域进行三角形划分，使得即便在复杂的三维核聚变装置结构中，也能够计算粒子轨迹与壁面之间的交点。
通过这一算法，因碰撞导致热量集中的内壁区域会显示在V-KSTAR画面上，即便是不具备专业知识的设计人员，也能直观地确认危险区间。
Yoon Uiseong教授表示：“我们已经利用这一算法，将韩国核聚变能源研究院的中性粒子束模拟器扩展为三维，并应用于光学诊断设备的三维光线路径分布可视化，以及三维磁场微扰物理分析等领域。如此开发出的碰撞算法，不仅可用于中性粒子束追踪，也是实现V-KSTAR整体三维扩展的核心关键技术之一。”
Yoon教授还补充称：“为实现高速运算，我们正计划开展基于运算速度快于中央处理器（CPU）计算机的图形处理器（GPU）超级计算机的后续研究。”
本研究在韩国核聚变能源研究院、能源技术评价院等机构的支持下，利用了韩国核聚变能源研究院的KAIROS超级计算机算力资源完成。
研究成果已发表于国际学术期刊《Computer Physics Communications》（《计算物理通讯》）4月刊。
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