美国试图用超级计算破解可控核聚变能源问题
2023-08-17 14:01:30来源：中关村在线
【资料图】
核聚变，一种将两个轻原子（如氢同位素）合成一个重原子的过程，能够释放出巨大的能量。相较于核裂变（将重元素如铀或钚分裂），核聚变被视为一种安全且几乎无限的能源。目前的核电站主要使用核裂变技术进行发电。美国正寄望于劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）实现可控核聚变发电。该实验室在7月30日实现了第二次核聚变点火，产生了能量盈余（即产生的能量超过了引发核聚变反应所需的能量）。为了推动研究并实现第三次点火及更多，美国计划向十几个超级计算项目再投资1.12亿美元（约8.19亿元人民币）。这些项目由新成立的科学发现通过先进计算（SciDAC）计划组织，该计划将国防部的两个既有计划合并，旨在利用超级计算资源，包括百亿亿次级系统，解决复杂的核聚变能源问题。能源部科学副部长FES负责人Jean Paul Allain表示：“这些合作伙伴的建模和模拟工作将揭示等离子体在极端条件下经历的多种物理过程，并指导核聚变试验装置的设计。”然而，要实现一个可持续、有盈余能量的核聚变点火，还有很多工作要做。7月30日的核聚变点火虽然提供了比轻原子燃料舱更高的能量输出（具体数值未知，但可能比去年12月实现的2.05兆焦耳输入、3.15兆焦耳输出更好），但是这只考虑了传输到颗粒本身的能量，而将能量传递到颗粒（通过192个激光器）的方式仍然非常低效，LLNL需要投入惊人的322兆焦耳来发射激光器本身，这使得整个过程仍然处于全局能量亏损状态。因此，更好地理解与核聚变相关的量子过程是探索的方向。在量子计算机能够提供一个可行的计算平台来破解这个难题之前（这可能需要十年左右），基于标准计算的超级计算机是我们目前探索激光击中颗粒时发生的有序混沌过程的最佳方式。
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