우주 태양풍 자기 차폐 실드(Magnetic Shield) & 1,000Hz 0-Alloc C# 초전도 코일 로런츠 입자 편향 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.SpaceRadiation;

/// 

/// 우주 자기 차폐 상태 구조체 (100% Stack Allocation)
/// 
public readonly ref struct MagneticShieldState
{
    public readonly double ProtonEnergyMev;       // 입사 양성자 에너지 (MeV)
    public readonly double MagneticFieldTesla;    // 초전도 코일 중심 자장 (T)
    public readonly double LarmorRadiusMeters;    // 라모어 회전 반경 (m)
    public readonly double DeflectionAngleDeg;    // 편향 각도 (도)
    public readonly double DoseAttenuationPercent;// 방사선 피폭 선량 감쇠율 (%)
    public readonly double HabitationSafetyMargin;// 거주 구역 안전 이격 거리 (m)

    [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
    public MagneticShieldState(
        double protonEnergyMev,
        double magneticFieldTesla,
        double larmorRadiusMeters,
        double deflectionAngleDeg,
        double doseAttenuationPercent,
        double habitationSafetyMargin)
    {
        ProtonEnergyMev = protonEnergyMev;
        MagneticFieldTesla = magneticFieldTesla;
        LarmorRadiusMeters = larmorRadiusMeters;
        DeflectionAngleDeg = deflectionAngleDeg;
        DoseAttenuationPercent = doseAttenuationPercent;
        HabitationSafetyMargin = habitationSafetyMargin;
    }
}

/// 

/// 1,000Hz 0-Alloc C# 고에너지 양성자 로런츠 편향 자기 차폐 시뮬레이터
/// 
public static class ActiveMagneticShieldEngine
{
    private const double SpeedOfLight = 299792458.0;
    private const double ProtonRestMassKg = 1.6726219e-27;
    private const double ElementaryCharge = 1.602176634e-19;
    private const double ProtonRestEnergyMev = 938.272; // MeV
    private const double ShieldLengthM = 6.0;          // 자기장 유효 차폐 길이 (m)
    private const double HabitationRadiusM = 2.5;      // 거주 모듈 반경 (m)

    /// 

    /// 1ms 타임스텝 상대론적 양성자 궤적 편향 및 차폐율 연산 (0-Alloc)
    /// 
    [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
    public static MagneticShieldState ComputeDeflection(
        double protonEnergyMev,
        double coilCurrentKiloAmp)
    {
        // 1. 상대론적 감마 인자 및 속도 산출
        double gamma = 1.0 + (protonEnergyMev / ProtonRestEnergyMev);
        double beta = Math.Sqrt(Math.Max(1.0 - 1.0 / (gamma * gamma), 0.0));
        double velocity = beta * SpeedOfLight;

        // 2. 초전도 코일 자기장 세기 근사: B = mu0 * I / (2 * R) (T)
        double bFieldTesla = (coilCurrentKiloAmp * 1e3) * 1.5e-4; // 100kA -> 15 T
        bFieldTesla = Math.Clamp(bFieldTesla, 0.1, 20.0);

        // 3. 상대론적 라모어 반경: r_L = (gamma * m * v) / (q * B)
        double momentum = gamma * ProtonRestMassKg * velocity;
        double rLarmor = momentum / (ElementaryCharge * bFieldTesla);

        // 4. 차폐 영역 통과 편향 각도 (rad): sin(theta) = L / (2 * r_L)
        double sinHalfTheta = Math.Clamp(ShieldLengthM / (2.0 * rLarmor), -1.0, 1.0);
        double deflectionRad = 2.0 * Math.Asin(sinHalfTheta);
        double deflectionDeg = deflectionRad * (180.0 / Math.PI);

        // 5. 궤적 이탈 변위 및 안전 여유도: dy = r_L * (1 - cos(theta))
        double lateralDeflection = rLarmor * (1.0 - Math.Cos(deflectionRad));
        double safetyMargin = lateralDeflection - HabitationRadiusM;

        // 6. 감쇠율 (%): 편향 거리가 거주 반경을 넘어서면 100% 차폐
        double attenuation = Math.Clamp((lateralDeflection / HabitationRadiusM) * 100.0, 0.0, 99.8);

        return new MagneticShieldState(
            protonEnergyMev,
            bFieldTesla,
            rLarmor,
            deflectionDeg,
            attenuation,
            safetyMargin);
    }
}