美國超級計算機優化核聚變反應堆設計

位於田納西州的 Type One Energy Group 最近在美國能源部的超級計算機上進行了大量模擬,對其商業規模的核融合發電廠設計進行了改進。該公司的先進恆星環裝置概念是在奧克里奇國家實驗室(ORNL)的高性能計算支持下開發的。設計過程中,ORNL 的 Summit 超級計算機提供了大量的計算時間,讓研究團隊能夠進行數千次複雜的評估。這些計算資源的分配達到 250,000 節點小時,為他們的研究提供了必要的計算能力。

這些模擬的目的是對反應堆內的等離子體行為進行建模和預測,幫助研究人員確定最具潛力和穩定性的設計方案。Type One Energy 的計算科學家 Noah Mandell 表示:「這類高保真性能預測在設計核融合發電廠時從未被使用過。」他還補充道,「Summit 的規模對於這些計算是絕對必要的。」

該項目的目標是利用核融合,即驅動太陽的過程,通過恆星環裝置生成電力。研究人員在新聞稿中指出:「恆星環利用一組複雜的超導電磁線圈來約束由氫同位素氘和氚組成的等離子體,這些等離子體的溫度達到太陽核心的 10 倍。」這個平均溫度約為 2.7 億華氏度,即 1.5 億攝氏度。儘管這一新設計是針對商業發電廠,但其基本原則已在德國的 Wendelstein 7-X 等研究裝置中進行測試,該裝置是目前全球最大的運行中恆星環。

所有核融合裝置的主要技術挑戰之一是管理等離子體湍流,這可能導致熱量從核心洩漏,並阻止反應自我維持。Type One Energy 選擇了不同於傳統方法的策略,他們不依賴於建造更大的裝置或生成更強的磁場,而是專注於優化恆星環自身的物理形狀來控制湍流。通過 Summit 的模擬,該團隊測試了許多複雜的三維形狀,以找到一種可以被動最小化能量損失的設計。根據公司的說法,Summit 提供的詳細建模將從概念到可行設計的時間縮短了至少一年。

Type One Energy 計劃採取兩步驟的開發過程。第一步是 Infinity One 原型,旨在展示設計的有效性。隨後,將開發名為 Infinity Two 的試點發電廠,目標是為電網生產 350 兆瓦的電力。該公司計劃在 2030 年代中期完成試點發電廠的建設。團隊利用針對 Summit 的 GPU 架構定制的 GX 代碼,解決控制磁化等離子體的複雜五維方程。隨著初始設計階段的完成,Type One Energy 希望在建設開始之前,進一步利用 ORNL 當前更強大的超級計算機 Frontier 來優化其模型,以增強對設計的信心。


Henderson
Henderson 主要擔任「炒稿記者」的職責,以翻譯最新科技,手機 電動車等消息為每天的工作。