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美國(guó)試圖用超級(jí)計(jì)算破解可控核聚變能源問題

2023-08-17 14:01:30來源: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322兆焦耳來發(fā)射激光器本身,這使得整個(gè)過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)生的有序混沌過程的最佳方式。

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