9款聚变开源软件：从等离子体模拟到聚变电站设计- 大数跨境

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9款聚变开源软件：从等离子体模拟到聚变电站设计

核聚变商业化

2026-10-16

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导语

前几天我们介绍了JOREK，一款用于模拟聚变装置中大尺度等离子体不稳定性的代码。有读者关注：除了JOREK，还有哪些聚变研究软件已经开源？

小编梳理后发现，BOUT++、GACODE、DESC、STELLOPT等代码已在等离子体流体模拟、湍流与输运研究、磁场构型优化等领域形成了公开的科研软件生态。

自2025年，ITER Organization进一步推动IMAS基础设施及相关物理模型在开源许可证下发布，尝试降低代码集成、数据交换与跨机构协作的门槛。最近JOREK的开源发布又为这一趋势提供了新的案例。

本文选取9款具有代表性的聚变研究软件，简单介绍其主要用途及获取渠道。需要说明的是，部分软件已公开开发多年，首次开源的准确日期不容易统一确认，因此不将代码仓库建立时间直接等同于开源时间。

具体展开

一、已有成熟开源生态的代表软件

▌BOUT++：等离子体流体模拟

BOUT++是一套用于在曲线坐标系下编写等离子体流体模拟程序的开源框架，具有模块化设计，提供多种数值方法与时间积分求解器。它主要面向约化等离子体流体模型，也支持求解其他形式的方程组。

图片来源：LLNL公开资料

由约克大学（英国）、劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）、卡勒姆聚变能研究中心（CCFE）、都柏林城市大学（DCU）、丹麦技术大学（DTU）及其他国际合作伙伴共同开发。

主要应用：等离子体边缘模拟、湍流、磁流体不稳定性。
官方代码：https://github.com/boutproject/BOUT-dev
项目文档：https://bout-dev.readthedocs.io/

▌GACODE：湍流与输运模拟

GACODE（GA Turbulence and Transport Codes）是一组用于托卡马克等离子体湍流与输运研究的计算代码，包含多个具有不同用途的工具，如CGYRO、GYRO、NEO、TGLF、TGYRO等，其中，CGYRO用于陀螺动理学模拟，TGLF用于湍流输运建模，TGYRO则用于计算等离子体温度、密度等剖面的演化。

该代码体系由美国通用原子公司（General Atomics）的研究团队开发。

主要应用：核心等离子体湍流、输运建模与剖面预测。
开源许可证：Apache 2.0。
官方代码： https://github.com/gafusion/gacode
技术文档：https://gacode.io/

▌DESC：仿星器平衡求解与优化

DESC（Stellarator Equilibrium and Optimization Suite）是一套用于求解和优化三维磁流体平衡的开源软件，采用伪谱数值方法与自动微分技术，可用于仿星器磁场构型及相关物理约束的优化。

图片来源：Princeton公开资料

由普林斯顿大学（Princeton University）主导开发。

主要应用：仿星器三维磁平衡求解、构型优化与准对称性优化。
开源许可证：MIT
官方代码：https://github.com/PlasmaControl/DESC
项目文档：https://desc-docs.readthedocs.io/

▌STELLOPT：仿星器优化

STELLOPT是一套用于仿星器优化的计算代码，能够将磁平衡计算与不同的物理目标、约束相结合，辅助研究人员寻找满足指定性能要求的磁场构型。

图片来源：PPPL公开资料

软件由普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）等相关研究团队发展，代码托管于普林斯顿大学的GitHub组织。

主要应用：仿星器平衡与构型优化。
官方代码：https://github.com/PrincetonUniversity/STELLOPT
项目文档： https://princetonuniversity.github.io/STELLOPT/

▌PROCESS：聚变电站系统设计与优化

PROCESS是英国原子能管理局（UKAEA）维护的聚变电站系统代码。它通过联立计算装置的物理与工程参数，评估给定性能目标下的系统设计，并可针对指定目标进行优化。

PROCESS的v3.0.0被项目标注为首个主要开源版本。

主要应用：聚变电站概念设计、系统参数计算与优化。
开源许可证：MIT
官方代码：https://github.com/ukaea/PROCESS
项目文档：https://ukaea.github.io/PROCESS/

二、近年值得关注的开源发布

与上述围绕特定研究问题发展的开源代码相比，近年来一些软件的开放，更直接地体现了大型聚变研究机构对软件共享、数据标准化与跨机构协作的推动。

1. TORAX：快速托卡马克输运模拟器

开源时间：2024年5月

TORAX是Google DeepMind发布的开源托卡马克等离子体输运模拟器，基于JAX构建，主要模拟等离子体核心区域温度、密度和电流等参数随时间的变化。

TORAX支持快速计算、可微分模拟与灵敏度分析，可用于托卡马克放电设计、轨迹优化以及控制器研究，也便于将机器学习模型与物理模拟相结合。

图片来源：项目公开资料

主要应用：核心等离子体输运模拟、放电优化与AI控制研究。
发布机构：Google DeepMind。
官方代码：https://github.com/google-deepmind/torax
官方介绍： https://deepmind.google/blog/accelerating-fusion-science-through-learned-plasma-control/
技术论文：arXiv:2406.06718

2. IMAS：综合建模与数据分析基础设施

开源发布：2025年12月8日

IMAS（Integrated Modelling & Analysis Suite）是ITER使用的综合建模与分析套件，包含数据基础设施、标准化数据结构及相关建模工具。

图片来源：ITER

其目标是支持聚变等离子体的综合建模和数据分析，促进实验数据与模拟结果之间的交换，以及不同物理模型和计算代码的集成。

2025年4月，ITER宣布推动IMAS和PCSSP在开源许可证下向更广泛的用户开放；同年12月，ITER正式宣布IMAS基础设施及一系列物理模型已可通过开源许可证获取。

此次是ITER软件开放计划的重要阶段性进展。此次发布也涵盖了由其他机构拥有知识产权的软件，相关权利人对开放发布提供了支持。

主要应用：综合建模、实验与模拟数据分析、代码集成。
发布平台：ITER Organization GitHub。
官方公告： https://www.iter.org/node/20687/release-imas-infrastructure-and-physics-models-open-source
代码平台：https://github.com/iterorganization