TRANSP

TRANSP ^{[ 1 ]} es una herramienta computacional desarrollada en el Laboratorio de Física de Plasmas de Princeton (PPPL) para el modelado interpretativo y predictivo del comportamiento del plasma en experimentos de fusión por confinamiento magnético. El objetivo de esta investigación es desarrollar energía limpia, abundante y sostenible para mitigar el rápido cambio climático, mejorar la seguridad energética y proporcionar soluciones a largo plazo para las necesidades energéticas mundiales. TRANSP se ha utilizado principalmente para analizar datos de experimentos con tokamaks y también puede aplicarse a otros dispositivos de confinamiento magnético . TRANSP admite estudios relacionados con el transporte de plasma, la dinámica de iones rápidos, el calentamiento, la inyección de partículas y el transporte de momento. El sitio web de TRANSP es https://transp.pppl.gov

TRANSP utiliza Fortran , C / C++ , Java , Python , Perl , Bash y scripts de shell C. Es compatible con OpenMP , Open MPI y Open ACC . TRANSP se encuentra alojado en GitHub . TRANSP implementa métodos de Monte Carlo con MPI para realizar cálculos mediante el procesamiento de la interfaz de paso de mensajes (MPI).

TRANSP incluye un potente módulo de método Monte Carlo , NUBEAM ^{[ 2 ],} para calcular las propiedades cinéticas de iones rápidos , como iones inyectados por haces neutros y partículas alfa de fusión . Las propiedades calculadas incluyen la distribución espacial de la energía de los iones rápidos, su energía y la relación entre la velocidad paralela a la corriente del plasma y la perpendicular a ella. Incorpora un solucionador de ondas electromagnéticas para calcular los efectos del calentamiento por resonancia ciclotrónica de iones y la generación de corriente en los iones y electrones del plasma.

El desarrollo de TRANSP comenzó a finales de la década de 1970. ^{[ 3 ]} Se utilizó por primera vez para modelar plasmas de experimentos en el Reactor de Prueba de Fusión Tokamak (TFTR) en PPPL. ^{[ 4 ]} Hasta 2025, el programa se ha desarrollado y mantenido de forma continua y exhaustiva en PPPL, con contribuciones continuas documentadas en actualizaciones y publicaciones recientes. Admite 55 configuraciones de tokamak y realiza alrededor de 10 000 simulaciones por año para apoyar los experimentos de energía de fusión actuales y futuros.

TRANSP desempeña un papel importante en los estudios y se utiliza en muchas publicaciones relacionadas con la teoría y los experimentos realizados en tokamaks como Joint European Torus en el Reino Unido; ASDEX Upgrade y TEXTOR Forschungszentrum Jülich en Alemania; KSTAR en Corea, EAST Experimental Advanced Superconducting Tokamak y HL-2M en China; Tore Supra WEST (anteriormente Tore Supra) en Francia; y en DIII -D (tokamak) y NSTX-U National Spherical Torus Experiment en los EE. UU.

TRANSP se empleó en estudios de modelado predictivo, como los relacionados con las tasas de reacción de fusión esperadas en las campañas de deuterio-tritio del TFTR. Un ejemplo temprano es una predicción de las tasas de reacción de fusión esperadas de experimentos posteriores en el TFTR utilizando deuterio y tritio . TRANSP fue el primer programa informático integrado utilizado para estudiar fenómenos dentro del límite del plasma de descargas de tokamak . ^{[ 5 ]} Se utiliza para calcular propiedades que no se pueden medir directamente, como el transporte radial de especies de plasma, energía, momento toroidal y momento angular. Calcula los efectos de los actuadores utilizados para calentar y alimentar el plasma. El programa genera parámetros que se pueden comparar con mediciones reales para verificar la precisión y credibilidad del modelo digital.

TRANSP se utilizó para modelar con precisión un experimento precursor TFTR con plasma de deuterio, y luego se utilizó para sustituir una mezcla de deuterio y tritio en el modelo. La ganancia de fusión prevista, (Q _DT ), definida como la relación entre la energía de fusión producida y la potencia de calentamiento externa aplicada al plasma, fue de 0,32. Posteriormente, los experimentos de deuterio-tritio realizados entre 1993 y 1996 alcanzaron un Q _DT máximo de 0,28 ^{[ 6 ],} lo que indica que existían procesos previstos además de la simple mezcla de tritio con deuterio.

TRANSP con NUBEAM se han utilizado para proporcionar datos para estudios teóricos y para comparar otros códigos de iones rápidos. Un ejemplo de la comparación es el código de Monte Carlo de seguimiento de partículas ASCOT ^{[ 7 ]} y otros códigos de modelado de haces neutros.

Las publicaciones que utilizan TRANSP para los resultados de JET incluyen un resumen del análisis del modelado de experimentos de deuterio-tritio en JET ^{[ 8 ] [ 9 ]} y cálculos de la relación de ganancia de fusión en el núcleo del plasma ^{[ 10 ]} y simulación de múltiples especies de iones rápidos ^{[ 11 ]} estudios de optimización de la potencia de fusión no térmica . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} y ^{[ 16 ]}

Las publicaciones de resultados de experimentos en el Experimento Nacional de Toro Esférico NSTX-U también se basan en resultados generados por TRANSP. Los estudios sobre formas de crear cizallamiento magnético inverso se encuentran en ^{[ 17 ]} . TRANSP se está utilizando en estudios de transporte rápido de iones e interacciones de ondas de Alfvén . ^{[ 18 ]}

TRANSP se está utilizando para predecir resultados de futuros experimentos en ITER . Muchos ejemplos se discuten en ^{[ 19 ]} . Un ejemplo temprano ^{[ 20 ]} respalda la predicción de alcanzar Q _DT en el rango de 5 a 14, y un estudio predijo valores de Q _DT en el rango de 5 a 14, basándose en el modelado TRANSP bajo supuestos específicos. Otros ejemplos incluyen ^{[ 21 ]} y ^{[ 22 ]} que proyectaron ganancias de fusión de 3,5 a 7 en un modo de estado estacionario y de 5,6 a 8,3 en un modo híbrido, dependiendo de los supuestos utilizados para el modelado de transporte y fuente.

Otro uso de TRANSP es la predicción de descargas de ITER en la fase inicial, sin activación. Se predicen la densidad y la temperatura de iones y electrones. ^{[ 23 ]}