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美國試圖用超級計算破解可控核聚變能源問題

2023-08-17 14:01:30來源：中關村在線  


【資料圖】

核聚變，一種將兩個輕原子（如氫同位素）合成一個重原子的過程，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進行發(fā)電。美國正寄望于勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）實現(xiàn)可控核聚變發(fā)電。該實驗室在7月30日實現(xiàn)了第二次核聚變點火，產生了能量盈余（即產生的能量超過了引發(fā)核聚變反應所需的能量）。為了推動研究并實現(xiàn)第三次點火及更多，美國計劃向十幾個超級計算項目再投資1.12億美元（約8.19億元人民幣）。這些項目由新成立的科學發(fā)現(xiàn)通過先進計算（SciDAC）計劃組織，該計劃將國防部的兩個既有計劃合并，旨在利用超級計算資源，包括百億億次級系統(tǒng)，解決復雜的核聚變能源問題。能源部科學副部長FES負責人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歷的多種物理過程，并指導核聚變試驗裝置的設計?！比欢獙崿F(xiàn)一個可持續(xù)、有盈余能量的核聚變點火，還有很多工作要做。7月30日的核聚變點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的量子過程是探索的方向。在量子計算機能夠提供一個可行的計算平臺來破解這個難題之前（這可能需要十年左右），基于標準計算的超級計算機是我們目前探索激光擊中顆粒時發(fā)生的有序混沌過程的最佳方式。

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