تیم تلاطم پلاسما را در سریع‌ترین ابررایانه کشور برای درک بهتر رفتار پلاسما شبیه‌سازی می‌کند.
همان فرآیندی که ستارگان را نیرو می دهد، روزی می تواند برای تولید مقادیر عظیم انرژی در اینجا روی زمین استفاده شود. همجوشی هسته‌ای - که در آن هسته‌های اتمی با هم ترکیب می‌شوند تا هسته‌های سنگین‌تری را تشکیل دهند و در این فرآیند انرژی آزاد کنند - نوید یک شکل بلندمدت، پایدار و ایمن از انرژی است. اما دانشمندان همچنان در تلاش برای اصلاح فرآیند ایجاد توان همجوشی خالص هستند.
تیمی به رهبری فیزیکدان محاسباتی امیلی بلی از جنرال اتمیکس از ابررایانه 200 پتافلاپ سامیت در مرکز محاسباتی رهبری Oak Ridge (OLCF)، یک مرکز کاربر وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در آزمایشگاه ملی Oak Ridge (OR) استفاده کردند. ) برای شبیه سازی اتلاف انرژی در پلاسمای گرما هسته ای. این تیم از Summit برای مدل‌سازی تلاطم پلاسما، حرکت ناپایدار پلاسما، در یک دستگاه همجوشی به نام توکامک استفاده کرد. شبیه‌سازی‌های تیمی به طراحی توکامک‌های نسل بعدی مانند ITER با خواص محدودکننده بهینه کمک می‌کند. ITER بزرگترین توکاماک جهان در حال ساخت در جنوب فرانسه است.
وایت گفت: «تلاطم مکانیسم اصلی است که توسط آن از دست دادن ذرات پلاسما رخ می دهد. "اگر می خواهید پلاسمایی با خواص نگهداری واقعا خوب و قدرت گرما هسته ای خوب تولید کنید، باید تلاطم را به حداقل برسانید. آشفتگی چیزی است که ذرات و انرژی را از هسته داغ که در آن همجوشی انجام می شود حذف می کند."
نتایج شبیه سازی منتشر شده در فیزیک پلاسما در اوایل سال جاری، تخمین‌هایی از تلفات ذرات و حرارت مورد انتظار در توکاماک‌ها و راکتورهای آینده ارائه کرد. نتایج به دانشمندان و مهندسان کمک می کند تا نحوه دستیابی به بهترین سناریوهای کاری در توکاماک های واقعی را درک کنند.
عمل متعادل کننده
در همجوشی، که در ستارگانی مانند خورشید ما اتفاق می‌افتد، دو یون هیدروژن (یعنی ذرات پروتون با بار مثبت) با هم ترکیب می‌شوند و یون‌های هلیم را تشکیل می‌دهند. با این حال، در آزمایشات روی زمین، دانشمندان باید از ایزوتوپ های هیدروژن برای ایجاد سنتز استفاده کنند. هر ایزوتوپ هیدروژن دارای یک ذره پروتون با بار مثبت است، اما ایزوتوپ های مختلف تعداد متفاوتی نوترون را حمل می کنند. این ذرات خنثی بار ندارند، اما به اتم جرم اضافه می کنند.
به طور سنتی، فیزیکدانان از دوتریوم خالص - یک ایزوتوپ هیدروژن با یک نوترون - برای تولید همجوشی استفاده می کردند. دوتریوم به آسانی در دسترس است و کارکرد آن آسانتر از تریتیوم، ایزوتوپ هیدروژن دو نوترونی است. با این حال، فیزیکدانان برای دهه ها می دانستند که استفاده از مخلوط 50 درصد دوتریوم و 50 درصد تریتیوم، بالاترین قدرت سنتز را در کمترین دما می دهد.
وایت می‌گوید: «اگرچه آنها می‌دانند که این مخلوط بیشترین مقدار سنتز را می‌دهد، تقریباً در تمام آزمایش‌ها در چند دهه اخیر فقط از دوتریوم خالص استفاده شده است.» "آزمایش هایی با استفاده از این مخلوط در چند دهه گذشته تنها چند بار انجام شده است. آخرین بار بیش از 20 سال پیش انجام شده است."
برای اطمینان از محصور شدن پلاسما در راکتور و عدم از دست رفتن انرژی، دوتریوم و تریتیوم موجود در مخلوط باید جریان ذرات یکسانی داشته باشند، نشانگر چگالی. دانشمندان در حال تلاش برای حفظ چگالی 50-50 در سراسر هسته توکامک هستند.
وایت گفت: "شما می خواهید دوتریوم و تریتیوم در هسته داغ باقی بمانند تا قدرت همجوشی را به حداکثر برسانید."
قدرت ابر رایانه امکان شبیه سازی همجوشی را فراهم می کند
برای مطالعه این پدیده، تیم برای محاسبات Summit از طریق دو برنامه توزیع در OLCF رقابت کرد و برنده شد. اینها عبارت بودند از چالش محاسباتی رهبری تحقیقات محاسباتی پیشرفته علمی یا ALCC و تأثیر محاسباتی نوآورانه و جدید بر نظریه و آزمایش یا INCITE.
محققان تلاطم پلاسمای سامیت را با استفاده از کد CGYRO که توسط جف کندی، مدیر نظریه و علوم محاسباتی در جنرال اتمیکس و محقق اصلی پروژه ایجاد شده است، مدل‌سازی کردند. CGYRO در سال 2015 از کد میراث GYRO برای فیزیک محاسباتی پلاسما توسعه داده شد. توسعه دهندگان CGYRO را به گونه ای طراحی کرده اند که با سیستم OLCF Summit که در سال 2018 عرضه می شود، سازگار باشد.
ما در سال 2015 یاد گرفتیم که می‌خواهیم مدل‌هایمان را ارتقا دهیم تا با این حالت‌های پلاسمایی خودپایدار بهتر مقابله کنیم و با مقیاس‌های زیادی که هنگام داشتن انواع مختلف یون‌ها و الکترون‌ها به وجود می‌آیند، مانند این دوتریوم "پلاسمای تریتیوم" مقابله کنیم. وایت گفت. . مشخص شده است که اگر می‌خواهیم مدل‌های خود را به‌روزرسانی کنیم و آنها را برای معماری‌های نسل بعدی بهینه‌سازی کنیم، باید از ابتدا شروع کنیم و کد را کاملاً بازنویسی کنیم. بنابراین ما این کار را انجام دادیم.
با Summit، تیم می‌تواند هر دو ایزوتوپ - دوتریوم و تریتیوم - را در شبیه‌سازی‌های خود بگنجاند.
وایت گفت: «تاکنون، تقریباً همه شبیه‌سازی‌ها تنها شامل یکی از این ایزوتوپ‌ها می‌شوند - دوتریوم یا تریتیوم». قدرت اجلاس به ما این امکان را داده است که هر دو را به عنوان دو گونه مجزا بگنجانیم تا ابعاد کامل مشکل را مدل کنیم و آن را در مقیاس های زمانی و مکانی مختلف حل کنیم.
نتایج دنیای واقعی
آزمایش‌هایی با استفاده از سوخت‌های دوتریوم-تریتیوم برای اولین بار از سال 1997 در Joint European Torus (JET)، یک مرکز تحقیقات همجوشی در مرکز Culham برای انرژی همجوشی در آکسفوردشایر، انگلستان انجام شده است. آزمایش‌ها در تأسیسات JET به دانشمندان و مهندسان کمک می‌کند تا شیوه‌های کنترل سوخت را برای حفظ نسبت 50-50 دوتریوم به تریتیوم توسعه دهند. وایت گفت احتمالا این آخرین باری است که آزمایش‌های دوتریوم-تریتیوم تا زمانی که ITER، بزرگترین توکاماک جهان ساخته شود، انجام می‌شود.
بلی گفت: «تیم آزمایشی در حالی که ما صحبت می کنیم در حال دریافت نتایج هستند و داده ها در چند ماه آینده تجزیه و تحلیل خواهند شد.
نتایج به دانشمندان ایده بهتری از رفتار سوخت دوتریوم-تریتیوم برای یک راکتور گرما هسته ای عملی می دهد.
بلی گفت: «این سوخت بالاترین قدرت همجوشی را در کمترین دما به شما می دهد، بنابراین لازم نیست آن را آنقدر داغ کنید تا مقدار زیادی انرژی همجوشی از آن دریافت کنید.
«از آنجایی که زمان زیادی از انجام این نوع آزمایش‌ها می‌گذرد، شبیه‌سازی‌های ما برای پیش‌بینی رفتار این مخلوط سوخت برنامه‌ریزی ITER مهم هستند. اجلاس به ما قدرت انجام این کار را می دهد.
نقل قول: تیم به انرژی سنتز، تلاطم پلاسمایی سریع‌ترین ابررایانه کشور (2021، 16 دسامبر)، استخراج شده در 16 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-fusion- را مدل‌سازی می‌کند. انرژی-تیم-پلاسما-تلاطم.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- برانکس BP روبن جونیور دیاز انتقاد یانکی ها برای دعوت از مغلوب ساختن پیشی جستن به پرتاب اولین زمین
- خلاصه بازی جدید MLB پیشنهاد برای صرفه جویی در 2020 فصل
- ترفند های خانه داری و زندگی - مجله لایف ویکی
- Rayshard بروکس نباید مرده "به خاطر او بود مست در یک گوشی وندی': آتلانتا ادامه اعتراضات پس از کشنده تیراندازی پلیس
- نیاز به دانستن: چوب به اپل و مایکروسافت حداقل در حال حاضر می گوید این مدیر صندوق
- سنای حزب دموکرات درخواست HHS ناظر به بررسی مغلوب ساختن پیشی جستن 'آهسته تست کردن نظر
- نمایندگی ایمپلنت - تیتانا
- عظیم نقد در اسباب بازی وجود دارد
- سابق جمهوری خواه نامزد انتخابات ریاست جمهوری هرمان قابیل است که در بیمارستان با کروناویروس
- علامت Hulbert: بازنشسته و می خواهید به سعی کنید روز معاملاتی ؟ خواندن این اولین