토카막 전자 사이클로트론 공진 가열(ECRH) 파동 차단 & 1,000Hz 0-Alloc C# O-X-B 모드 변환 편광 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Nuclear.PlasmaHeating
{
    /// 

    /// ECRH O-X-B 모드 변환 편광 및 안테나 조향 서보 엔진 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct EcrhModeConversionEngine
    {
        private const double ElectronCharge = 1.602176634e-19; // C
        private const double ElectronMass = 9.1093837e-31;     // kg
        private const double SpeedOfLight = 299792458.0;       // m/s

        private readonly double _gyrotronFreqOmega;            // rad/s (170 GHz * 2*pi)
        private readonly double _kp;
        private readonly double _dt;

        private double _optimalInjectionAngleDeg;              // 최적 입사각
        private double _currentMirrorAngleDeg;                 // 런처 거울 각도
        private double _modeConversionEfficiency;              // 변환 효율 0.0 ~ 1.0

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public EcrhModeConversionEngine(
            double gyrotronFreqGHz = 170.0,
            double kp = 0.35,
            double dt = 0.001)
        {
            _gyrotronFreqOmega = gyrotronFreqGHz * 1e9 * 2.0 * Math.PI;
            _kp = kp;
            _dt = dt;
            _optimalInjectionAngleDeg = 48.5;
            _currentMirrorAngleDeg = 45.0;
            _modeConversionEfficiency = 0.0;
        }

        /// 

        /// 플라즈마 경계 자기장 B(T) 및 밀도 구배 길이 Ln(m)으로부터 최적 입사각 산출 및 거울 조향 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateHeatingStep(
            double edgeMagneticFieldTesla,
            double densityScaleLengthM,
            double measuredReflectionPowerRatio,
            out double commandedMirrorAngleDeg,
            out double efficiencyPercent,
            out bool isFullAbsorption)
        {
            // 전자 사이클로트론 주파수: Omega_ce = e * B / m_e
            double omegaCe = (ElectronCharge * edgeMagneticFieldTesla) / ElectronMass;
            double yParam = omegaCe / _gyrotronFreqOmega;

            // 최적 평행 굴절률 N_opt = sqrt(Y / (1 + Y))
            double nOpt = Math.Sqrt(Math.Max(0.0, yParam / (1.0 + yParam)));
            double optRad = Math.Asin(Math.Min(1.0, nOpt));
            _optimalInjectionAngleDeg = optRad * (180.0 / Math.PI);

            // 거울 각도 서보 갱신 (반사 손실 최소화)
            double angleError = _optimalInjectionAngleDeg - _currentMirrorAngleDeg;
            _currentMirrorAngleDeg += _kp * angleError;

            // O-X 모드 변환 효율 계산: T = exp(-pi * k0 * Ln * deltaN^2)
            double k0 = _gyrotronFreqOmega / SpeedOfLight;
            double actualN = Math.Sin(_currentMirrorAngleDeg * (Math.PI / 180.0));
            double deltaN = actualN - nOpt;
            double exponent = -Math.PI * k0 * densityScaleLengthM * (deltaN * deltaN);
            _modeConversionEfficiency = Math.Exp(exponent);

            efficiencyPercent = _modeConversionEfficiency * 100.0;
            isFullAbsorption = _modeConversionEfficiency > 0.90;
            commandedMirrorAngleDeg = _currentMirrorAngleDeg;
        }

        public double CurrentMirrorAngleDeg => _currentMirrorAngleDeg;
        public double ModeConversionEfficiency => _modeConversionEfficiency;
    }
}