美國(guó)試圖用超級(jí)計(jì)算破解可控核聚變能源問(wèn)題

2023-08-17 14:01:30來(lái)源：中關(guān)村在線  


【資料圖】

核聚變，一種將兩個(gè)輕原子（如氫同位素）合成一個(gè)重原子的過(guò)程，能夠釋放出巨大的能量。相較于核裂變（將重元素如鈾或钚分裂），核聚變被視為一種安全且?guī)缀鯚o(wú)限的能源。目前的核電站主要使用核裂變技術(shù)進(jìn)行發(fā)電。美國(guó)正寄望于勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）實(shí)現(xiàn)可控核聚變發(fā)電。該實(shí)驗(yàn)室在7月30日實(shí)現(xiàn)了第二次核聚變點(diǎn)火，產(chǎn)生了能量盈余（即產(chǎn)生的能量超過(guò)了引發(fā)核聚變反應(yīng)所需的能量）。為了推動(dòng)研究并實(shí)現(xiàn)第三次點(diǎn)火及更多，美國(guó)計(jì)劃向十幾個(gè)超級(jí)計(jì)算項(xiàng)目再投資1.12億美元（約8.19億元人民幣）。這些項(xiàng)目由新成立的科學(xué)發(fā)現(xiàn)通過(guò)先進(jìn)計(jì)算（SciDAC）計(jì)劃組織，該計(jì)劃將國(guó)防部的兩個(gè)既有計(jì)劃合并，旨在利用超級(jí)計(jì)算資源，包括百億億次級(jí)系統(tǒng)，解決復(fù)雜的核聚變能源問(wèn)題。能源部科學(xué)副部長(zhǎng)FES負(fù)責(zé)人Jean Paul Allain表示：“這些合作伙伴的建模和模擬工作將揭示等離子體在極端條件下經(jīng)歷的多種物理過(guò)程，并指導(dǎo)核聚變?cè)囼?yàn)裝置的設(shè)計(jì)。”然而，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)可持續(xù)、有盈余能量的核聚變點(diǎn)火，還有很多工作要做。7月30日的核聚變點(diǎn)火雖然提供了比輕原子燃料艙更高的能量輸出（具體數(shù)值未知，但可能比去年12月實(shí)現(xiàn)的2.05兆焦耳輸入、3.15兆焦耳輸出更好），但是這只考慮了傳輸?shù)筋w粒本身的能量，而將能量傳遞到顆粒（通過(guò)192個(gè)激光器）的方式仍然非常低效，LLNL需要投入驚人的322兆焦耳來(lái)發(fā)射激光器本身，這使得整個(gè)過(guò)程仍然處于全局能量虧損狀態(tài)。因此，更好地理解與核聚變相關(guān)的量子過(guò)程是探索的方向。在量子計(jì)算機(jī)能夠提供一個(gè)可行的計(jì)算平臺(tái)來(lái)破解這個(gè)難題之前（這可能需要十年左右），基于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)是我們目前探索激光擊中顆粒時(shí)發(fā)生的有序混沌過(guò)程的最佳方式。

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