토카막 핵융합 1억도 플라즈마 디버터(Divertor) 보호 & 1,000Hz 0-Alloc C# 불순물 네온 시딩 복사 냉각 및 플라즈마 탈착(Detachment) 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Numerics;

namespace ZeliDesk.Stem.Tokamak
{
    /// 

    /// 1,000Hz 토카막 디버터 열부하 분산 및 네온 시딩 피에조 밸브 복사 냉각 서보
    /// GC 무할당 스택 메모리 0-Alloc 구현체
    /// 
    public ref struct TokamakDivertorCoolingServo
    {
        // 핵융합 물리 파라미터
        private const float TargetHeatFluxLimitMw = 8.0f;     // 텅스텐 안전 허용 열유속 (8 MW/m^2)
        private const float TargetElectronTempEv = 4.0f;       // 탈착 목표 타깃 전자온도 (4 eV)
        private const float MaxPiezoValveVoltageV = 120.0f;   // 피에조 가스 밸브 구동 최대 전압

        // 서보 제어 상태
        public float EstimatedTargetHeatFluxMw;
        public float TargetElectronTempEvCurrent;
        public float RadiativeFractionFrad;
        public float PiezoValveDriveVoltageV;
        public float NeonGasThroughputTorrls;
        public bool IsCoreConfinementDegraded;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void Initialize()
        {
            EstimatedTargetHeatFluxMw = 15.0f;
            TargetElectronTempEvCurrent = 25.0f;
            RadiativeFractionFrad = 0.40f;
            PiezoValveDriveVoltageV = 0.0f;
            NeonGasThroughputTorrls = 0.0f;
            IsCoreConfinementDegraded = false;
        }

        /// 

        /// 1ms 제어 주기: 볼로미터 복사광 및 랑뮤어 프로브 수온 기반 네온 피에조 밸브 듀티 제어
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void StepCoolingControl(
            ReadOnlySpan bolometerArrayMw, 
            float targetIsatAmp, 
            float coreBremsstrahlungMw,
            out float commandedPiezoVoltageV, 
            out float achievedHeatFluxMw, 
            out float detachmentDegree)
        {
            // 1. 볼로미터 채널별 디버터 복사 전력 합산 (Zero-Alloc 스택 연산)
            float totalDivertorPrad = 0.0f;
            for (int i = 0; i < bolometerArrayMw.Length; i++)
            {
                totalDivertorPrad += bolometerArrayMw[i];
            }

            // 2. 타깃 전자 온도 역산 (랑뮤어 이온 포화 전류 및 사운드 스피드 관계)
            // T_t proportional to (I_sat / n_e)^2
            TargetElectronTempEvCurrent = MathF.Max(1.0f, targetIsatAmp * 0.25f);

            // 평행 열유속 q_t = gamma * I_sat * T_t
            const float SheathTransmissionFactor = 7.5f;
            EstimatedTargetHeatFluxMw = (SheathTransmissionFactor * targetIsatAmp * TargetElectronTempEvCurrent) * 0.02f;

            // 3. 복사 비율 f_rad 산출 (총 입력 20MW 가정)
            const float PInputMw = 20.0f;
            RadiativeFractionFrad = MathF.Min(0.98f, totalDivertorPrad / PInputMw);

            // 코어 방사선 오염 감시 (브렘스트랄룽 4MW 초과 시 코어 냉각 위험)
            IsCoreConfinementDegraded = coreBremsstrahlungMw > 4.5f;

            // 4. 1,000Hz 네온 가스 퍼핑 피에조 서보 PID 피드포워드 제어
            float heatFluxError = EstimatedTargetHeatFluxMw - TargetHeatFluxLimitMw;

            if (IsCoreConfinementDegraded)
            {
                // 코어 플라즈마 보호를 위해 즉각 가스 밸브 차단
                PiezoValveDriveVoltageV = MathF.Max(0.0f, PiezoValveDriveVoltageV - 5.0f);
            }
            else if (heatFluxError > 0.0f)
            {
                // 열유속 초과 위험: 피에조 전압 증가로 네온 시딩 유량 증대
                float dV = heatFluxError * 4.5f;
                PiezoValveDriveVoltageV = MathF.Min(MaxPiezoValveVoltageV, PiezoValveDriveVoltageV + dV);
            }
            else
            {
                // 완전 탈착 안정 상태 유지
                PiezoValveDriveVoltageV = MathF.Max(10.0f, PiezoValveDriveVoltageV - 0.5f);
            }

            // 가스 유량 계산 (Torr*L/s)
            NeonGasThroughputTorrls = (PiezoValveDriveVoltageV / MaxPiezoValveVoltageV) * 25.0f;

            commandedPiezoVoltageV = PiezoValveDriveVoltageV;
            achievedHeatFluxMw = EstimatedTargetHeatFluxMw;

            // 탈착 지수: T_t < 5 eV 일 때 1.0 (완전 탈착)
            detachmentDegree = MathF.Max(0.0f, MathF.Min(1.0f, 1.0f - (TargetElectronTempEvCurrent - TargetElectronTempEv) / 20.0f));
        }
    }
}