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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(guān)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(shù)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(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(xué)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(fù)雜的核聚變能源問題。能源部科學(xué)副部長FES負責(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)核聚變試驗裝置的設(shè)計。”然而，要實現(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(guān)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(biāo)準(zhǔn)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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