建一座核聚变发电厂需要什么样的计算资源？

气候变化是当今时代面临的最大挑战之一，为应对气候威胁，目前全球已有超过130个国家和地区明确提出“碳中和”或 “净零排放”的目标，而其中超过90%承诺在2050年之前完成。

在引起全球气候变化的一系列因素中，能源消耗是绝对主因。联合国数据显示，迄今为止，化石燃料（煤炭石油天然气等）占温室气体排放的75%以上，占所有二氧化碳排放的近90%。在此背景下，各国纷纷加速能源转型，寻求替代形式的绿色能源。

在所有的可再生能源中，核聚变能源以近乎无限和高度可持续且无排放的优点被誉为最终的替代能源。核聚变是将轻核粒子融合成更重的核粒子并释放巨大能量的过程，通常使用氢的同位素氘（重氢）和氚（超重氢）作为燃料，这些燃料在地球上丰富可取，并且不受地缘政治因素和资源限制的影响。

核聚变的发电能力比燃烧石油和煤炭产生的能量高出近400万倍，成本和稳定性优势碾压太阳能、风能、水能，而且与目前主要使用的核动力源核裂变相比，核聚变产生的能量远远多于前者，且不存在核废物管理和核安全的隐患。

尽管核聚变是理想的清洁能源选择，但目前实现可控核聚变仍面临许多技术和工程挑战，如维持等离子体的稳定性、能量损耗和材料耐受性等问题。

英国原子能管理局（UKAEA）代表英国政府开展聚变能源研究，监督该国的聚变计划。类似航空航天领域将风洞测试转移到计算流体动力学、汽车行业将碰撞测试过程转移到虚拟领域，UKAEA计划同样采用数字孪生的建模和仿真功能来设计聚变发电厂。

“我们面临的挑战是，没有足够的时间使用基于测试的设计来确定这个聚变发电厂应该是什么样子……在短期内，我们将能够使用数字版本，以大大减少对现实世界验证的需求。”UKAEA计算项目主任Rob Akers表示。

STEP 核聚变装置的剖面图（图源：UKAEA）

数字孪生将使STEP的科学家和工程师在虚拟环境中模拟复杂的设计，并随着新信息的出现和技术的开发而调整其设计，这本质上提高了生产力和效率，从而在实际建造工厂出现问题之前解决“数字孪生”中的问题，确保实际建造工厂时的生态就绪、物有所值。

“我相信可持续能源的未来将依赖于超级计算。”Rob Akers 表示，“世界迫切需要提供能源安全和应对气候变化。这是一段我们必须共同踏上的旅程，为所有将在交付商业聚变能源方面发挥重要作用的人提供机会和能力。”