聚變等離子體研究中，理論、模擬、實驗這三塊的科研人員分別在做些什麼？

01-23

聚變等離子體研究中，理論、模擬、實驗這三塊的科研人員分別在做些什麼？大家平時都在做些什麼？
做理論的對數理要求如何，一堆非線性的以及等離子體湍流啥的想必難度不小吧。另外之前一老師還吐槽說做理論的發文章水平是高，但是感覺他們就是在自娛自樂。
做模擬的平時做的事就跟碼農一樣嗎？

實驗的呢？不會跟大物實驗一樣無聊又煩人吧？
謝謝解答！！

謝謝邀請。

我現在一個模擬組裡面做理論（嗯，我就是這麼奇葩），實驗不是太熟，請做實驗的朋友補充。

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理論

到目前為止，聚變等離子體物理的理論研究工作已經非常困難了。

題主提到的非線性問題，確實是一大塊難題。我在為什麼世界的運作總是非線性的？有過回答。非線性問題之所以困難，是因為缺乏一套普適性的、放之四海而皆準的解決方案（個人觀點）。某個方法可能對一個特定條件下的非線性問題有效，但稍微改變下條件就用不了了。舉個例子，處理非線性撕裂模常用的辦法是奇異攝動論中的漸進匹配，但如果要考慮剪切流的影響，這套辦法就處理不下去了；於是有人提出利用center manifold reduction的方法處理。當我看到有人使用從來沒見過的數學工具時，總是不禁自問：「為啥他知道這辦法能行？」老闆說，學得多，挨個試唄。這就更讓我鬱悶了，押注似的。

用陳騮教授在CSSPP2014的話來說：「好啃的骨頭在幾十年就被我們啃完了，現在留給你們的都是硬骨頭，還沒肉。」當然，希望還是有的：「但是你們現在有了更強大的模擬工具和實驗裝置，能看到我們以前看不到的東西。」

我很贊同陳騮教授的說法，這也基本描述了理論研究所面臨的困難和今後的出路。

至於說「做理論的發文章水平是高，但是感覺他們就是在自娛自樂」，我倒是覺得現在純理論的高水平文章實在太少了，大部分都是在原有基礎上修修補補；而自娛自樂嘛，那是因為看不懂別人的工作，看不到可能的應用。我沒研究過數學，我還覺得隔壁所的在自娛自樂呢。

另外，在國內做理論的還面臨一個問題：很難申請經費。申請基金都需要寫清楚經費花銷名目，做實驗的可以寫買設備，做模擬的可以寫買機時，可做理論的寫什麼呢？總不能寫買草稿紙吧？大家的勞務費比例都是差不多的，多死幾個腦細胞也不會多給錢。現在國內做純解析理論的人基本沒有了，都會做一些模擬工作，一言難盡。

模擬

這分兩種人，做模擬的和改代碼的，兩種活都干過。

正經做模擬的人，會從建立物理模型開始，這包括調研已有的理論研究、推導公式，再根據自己要模擬的內容對公式進行修改，比如略去暫不需要研究的或者量級小的、增加需要研究的或者猜測可能有影響的。這往往會花很長的時間，所以經常看到的並不是在寫代碼而是在草稿紙上推導。一旦前期的基礎工作完成了，寫代碼其實是水到渠成的。再接下來就是反覆的跑程序、看結果、改BUG，如此循環直到得到令人滿意的結果。如果是大型代碼且計算量大，即使使用天河之類的超級計算機也需要算幾天，這時候你可以關上電腦出去兜個風看看朋友，思考一下人為什麼活著宇宙的意義是什麼，轉一圈回來發現還是寫代碼有意思……

至於改代碼的，就確實很像碼農了。搞來（買的或者開源或者不知道怎麼來的）一套程序，先看幫助文件，再對照著改輸入參數，功能該開的開該關的關，等到結果後比對著再改輸入，如此循環。整個程序就是一個黑匣子，根本不用知道每一行代碼的意義，甚至有時候連物理模型都可以不用知道。個人覺得這樣的工作沒技術含量，即使得到了結果也沒啥意思，所以做了幾個月就出坑了。

實驗

實驗大概可以分為設計實驗、搭建裝置、實驗操作、測量數據、數據處理這幾個環節。

設計實驗一般是老闆乾的活啦，這個太複雜我不懂。

貼一個ITER的設計圖。這是堆芯部分，完整的會大得多。

搭建裝置算是挺有意思的部分，需要很強的動手能力。如果是自己搭建一個裝置，需要從購買環節開始。有些部件可以聯繫特別的廠商定做，但有些沒得做的只有自己動手咯，小到電路板大到外殼什麼的。

實驗操作就是在合適的時候按各種按鈕啦，什麼時候注入射頻波、什麼時候加料、電流控制在多少之類的。

測量數據一般就是等離子體診斷啦，靜電探針、ECE成像、各種磁探圈之類的。

數據處理是把得到的實驗數據處理成各種圖表或者數據文件，再給自己或者其他人進行分析，是否符合理論模擬的預測、是否發現了新的物理現象等等。

本來想貼些自己拍的照片，但也不知道哪些涉密的就不貼了，要看圖片的自己網上找吧……

上面已經回答了理論方面，我來補充一下模擬和實驗方面。先說一下經歷，今年九月博士入學，碩博都在中科院等離子所，碩博中間進入中廣核研究院工作了一年，做核電全範圍模擬機研發工作。題主說的模擬和實驗我都有所接觸正好都有所接觸，不請自來談一下自己的理解。

我碩士在中科院等離子體所做包層磁流體的模擬工作，同組一個同學做實驗驗證我的模擬結果。正如你所說，做模擬的工作偏演算法代碼。我們知道，目前在多物理場模擬，包括流場，電磁場等等,商軟ansys在收購了fluent後有點大一統的局面。但是針對於聚變環境，實際上很多時候是算不準的，就我的碩士工作，由於強磁場環境，會導致液態金屬流體的MHD現象明顯，當然ansys可以通過UDF載入本身的MHD模塊，但是限於低哈特曼條件，可以理解為低磁場環境。因此我們需要新的有針對性的演算法和代碼進行並行計算模擬。同樣正如你說的自由表面MHD湍流是極端難以模擬的。需要合適的代碼去計算。

即將開始的博士方向比較偏向於East實驗了，做了一些預研，具體做等離子體的控制工作。目前所里即將結束今年的春季實驗，這麼說吧，east實驗絕不是大物實驗那麼簡單，而是一個極端複雜的系統工程，需要多個人甚至多組配合工作。畢竟有east和east輔助加熱系統兩個大科學工程裝置協同工作的巨型實驗。

水平所限，答的比較粗糙，見諒。

不同意樓上的話，目前科學島ASIPP仍然在實驗中，具體內容及差別以後慢慢補充

首先不像樓主說的，如實驗像大物一樣，這兩個個人認為沒有什麼可比性，與一般的大物實驗，不論是規模還是涉及到的難度，聚變等離子體都。。。

覺得現在越來越沒什麼人做等離子了。

想看的話參考北京大學等離子體物理與聚變研究所