聚变通过以等离子体形式结合轻元素产生大量能量，等离子体是一种由自由电子和原子核或离子组成的高温带电气体，构成了可见宇宙的99%。世界各地的科学家正在努力重建核聚变过程，以创造安全、清洁和丰富的电力来源。
解决方程问题
研究人员在托卡马克环形装置中开发核聚变的一个关键障碍是求解描述自由旋转电子碰撞和反弹时运动的方程。模拟这种运动的标准方法（技术上称为俯仰角散射）由于方程的复杂性而被证明是不成功的。
“一套成功的计算规则或算法将解决这个方程，同时保留加速粒子的能量。 “求解随机微分方程可以得出散射电子可能采取的每条路径的概率，”普林斯顿等离子体物理项目的研究生、上一篇提出该解决方案的论文的主要作者傅一尘说。该方程产生的模式可以进行统计分析，但无法精确确定。 '
“精确的解描述了散射电子的轨迹。然而，轨迹是概率性的，我们不知道电子到底会去哪里，因为有很多可能的路径，”傅说。 “但是通过求解轨迹，我们知道电子选择每条路径的概率，并且知道这一点可以进行更准确的模拟，从而更好地控制等离子体。 '
这一见解的一个主要好处是为聚变研究人员提供了改进的指导，他们将电流注入托卡马克等离子体中以产生限制超热气体的磁场。另一个好处是更好地了解对聚变装置构成危险的高能失控电子的俯仰角散射。
“这一发现为解决复杂方程的第一个有效算法提供了严格的数学证明。 “这为实验者提供了更好的理论描述，帮助他们设计实验，”首席研究物理学家、傅的顾问兼论文合著者秦红说。 “以前，这个方程没有有效的算法，物理学家通过改变方程来解决这个困难。 '
所报告的研究代表了PPPL 最近成立的计算科学部(CSD) 在算法和应用数学方面的研究活动，并扩展了傅小平、秦和研究生Laura Xin Zhang（本文的合著者）共同撰写的早期论文）。虽然这项工作创建了一种用于跟踪快速粒子的新节能算法，但该方法不包含磁场，并且其数学准确性尚未得到严格证明。
