在全球積極推動淨零碳排的背景下，核融合技術被視為最具潛力的潔淨能源之一。代表性項目如法國的ITER（國際熱核融合實驗反應爐計畫），正透過低溫超導材料（LTS, Low Temperature Superconductors）構建可控核融合裝置。此類材料需在極低溫環境下運作（通常約為 4 K），需依賴液態氣冷卻系統維持其超導特性。這對冷卻技術提出極高要求，也促使研究界積極探索更具效率與工程彈性的替代方案——高溫超導材料（HTS, High temperature superconducting）。
新一代HTS材料可在高達 20 K 的溫度下承受超過 20 T 的磁場，大幅簡化冷卻系統設計，有望加速核融合反應爐的建置與部署。例如擬議的英國STEP專案（Spherical Tokamak for Energy Production）便計畫以HTS為基礎，目標於2040年前投入發電。然而，HTS材料長期承受中子轟擊（Neutron Bombardment）後的性能衰退仍是未知數。因此，了解其在真實工作條件下的行為至關重要。
牛津大學應用超導中心（Centre for Applied Superconductivity）針對HTS材料在中子輻射環境下的耐久性展開深入研究。實驗中，研究團隊觀察到HTS樣品在離子束照射下臨界電流下降，但無法判斷是由熱效應還是材料結構損傷所致。由於離子束照射點的微小區域難以進行即時溫度量測，實驗團隊迫切需要模擬工具協助解讀數據。
牛津大學與SIMULIA Opera團隊展開合作，由Opera接手精密模擬任務。研究團隊提供的CAD模型與材料屬性數據，經Opera-3d Modeler精準重建高保真度（Fidelity）模型，完美再現僅 100 微米（µm）厚、內含2微米REBCO超導層的HTS樣品結構。
為因應極薄結構的模擬需求，Opera採用Mosaic專利網格技術，有效避免自動網格在高縱橫比結構中的精度損失。最終模型僅需22,718個混合型元素（六面體與三角柱混合），便能完整捕捉非線性熱擴散行為，並模擬離子束作用下的溫度變化。
模擬成果亮點：
Opera的模擬結果成為研究團隊判斷熱效應真實性的關鍵依據。牛津博士Kirk Adams表示：「Opera提供的數據完美解答了我們的實驗疑問，讓我們對臨界電流變化的理解更加明確。」Speller教授也指出：「模擬結果大幅提升我們對原位實驗數據的詮釋能力，更進一步指引了未來的實驗優化方向。」
此合作案充分展現了SIMULIA Opera在處理極薄、具挑戰性的多物理場模擬中所展現的獨特優勢。Opera-3d不僅精準模擬細微結構熱行為，更協助研究人員突破無法量測的技術瓶頸，用模擬彌補實驗盲區。SIMULIA電磁應用團隊資深顧問Chris Riley表示：「與牛津大學攜手合作，解決影響全球能源發展的關鍵難題，是我們極大的榮幸。Opera的高效率網格技術與非線性熱模擬能力，正是推動科研進展的關鍵力量。」
關鍵亮點總結：
目前，Opera團隊正與牛津研究團隊探討進一步合作機會，持續以模擬技術賦能HTS材料研究與核融合裝置設計，為永續能源的未來鋪路。
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資料來源：達梭系統原文
關鍵字：超導材料、SIMULIA Opera
