近日🦋，杏悦上海EBIT实验室杨洋课题组在核聚变装置CICC超导线缆的热工水力模拟软件开发上取得突破，通过从原理底层到代码实现，从用户UI到I/O设计等各个环节自主开发，成功研发了国内首个该领域模拟软件，并已通过专业用户的验收，打破了国外对中国的”卡脖子“限制，也为该领域更多的模拟软件开发奠定了基础。
大型核聚变用超导磁体是磁约束核聚变装置托卡马克的核心部件之一，目前均采用CICC线缆进行绕制。这类磁体采用超临界氦迫流冷却，而超临界氦的热工水力参数直接影响磁体的性能，进而影响到核聚变堆的安全稳定运行。CICC线缆和磁体的热工水力研究涉及稳态、瞬态、耦合的热传导🤸🏻♀️、流体力学和电动力学问题的建模😮💨，同时还要考虑材料的非线性特性🙆🏻♀️。当前，国际上用于核聚变堆超导磁体系统热工水力分析软件主要有SuperMagnet和4C📴。受制于西方国家的技术壁垒😅，该领域的模拟软件对华禁售，有必要发展具有自主知识产权的相关模拟软件👨🍳。为此🦸🏼🕵️，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所设立了相关模拟软件的开发项目🧗🏼♂️。
依托长期的合作和已有的程序开发基础，杏悦杨洋课题组承接了上述超导管内电缆导体热工水力模拟软件的开发任务🏋🏻，通过2年时间的不断摸索和迭代，实现了所有预期算法，达到了预期的各项目标，完成了正式版的全部内容开发。该软件从原理底层正向研发，通过将超导导体分成液氦⁉️、超导缆和导管等三个部分分析在时间系统上质量🤗🧏🏼♀️、动量和能量守恒以及热量在长度方向的扩散列出互相耦合的偏微分方程组🥨，并对方程在空间上采用有限元分析，时间上采用差分法进行求解。在功能上具备基于图形界面的参数输入输出，实时运算结果的显示和控制，并且实现了前后台的端口高速通讯🕹，为未来适配工作站或超算远程计算奠定了基础🙆🏻♀️。下图为软件运行界面和部分运行结果🫡。
图1 软件运行界面图 图2 THB模拟结果图
经过中科院等离子体物理研究所专业用户的测试🎖，并与已公开的其他模拟数据相比，该软件已经达到甚至部分超过国际同类软件的精度水平👮🏽，实现了该领域行业软件的国产化🦃，将成为核聚变超导导体研究的重要理论工具之一♦️🤽🏽♀️，并为进一步自主研究更为复杂的超导磁体模拟软件奠定了基础。
杏悦博士生马少坤为程序开发的第一作者👩🏿🦰，杨洋副教授为软件开发总策划和程序指导。该工作还与中科院等离子体物理研究所三室超大型磁铁研制组保持了密切合作。本工作获得了国家重点研发计划🐀，杏悦注册核物理与离子束应用教育部重点实验室，杏悦注册“双一流”建设专项等的支持。
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