Гонка термоядерного синтеза набирает обороты благодаря умным технологиям


Американская компания ускоряет путь к практической термоядерной энергии, используя огромные вычислительные мощности Google.

Применяя программное обеспечение, которое может самостоятельно совершенствоваться, TAE Technologies сократила сроки выполнения задач, на которые раньше уходило два месяца, до нескольких часов.

термоядерного синтеза , Устройство TAE, C2W "Норман", осуществляет термоядерный синтез при десятках миллионов градусов C
Устройство TAE, C2W “Норман”, осуществляет термоядерный синтез при десятках миллионов градусов C

Google предоставил фирме свой опыт в области «машинного обучения», чтобы ускорить процесс слияния.

Ядерный синтез обещает обильный источник низкоуглеродной энергии, используя тот же процесс, что и Солнце.

Существующая ядерная энергетика основана на делении, при котором тяжелый химический элемент расщепляется, чтобы получить более легкий. Ядерный синтез работает путем объединения двух легких элементов для получения более тяжелого. Используя горячий электрически заряженный газ, называемый плазмой, быстро движущиеся частицы могут сливаться, высвобождая энергию.

Термоядерный синтез становится экономически выгодным, когда он генерирует больше энергии, чем затрачивается. Но никто еще не достиг этой точки, несмотря на восьмидесятилетние усилия «построить звезду на Земле». Проблемы огромны, но некоторые в сообществе Fusion надеются, что новое мышление и прорывные технологии могут помочь разрушить эту парадигму.

Доктор Михл Биндербауэр считает, что конструкция TAE имеет значительные преимущества по сравнению с другими подходами к синтезу
Доктор Михл Биндербауэр считает, что конструкция TAE имеет значительные преимущества по сравнению с другими подходами к синтезу

TAE, расположенная в зеленом районе Foothill Ranch, к юго-востоку от Лос-Анджелеса, привлекла более 880 миллионов долларов частного финансирования — больше, чем любая другая компания, занимающаяся термоядерными технологиями. Высококлассная поддержка исходила от Goldman Sachs, семьи Рокфеллеров и покойного Пола Аллена, соучредителя Microsoft. В ее совет директоров входит бывший министр энергетики США Эрнест Мониз.

Термоядерный цилиндр компании длиной 30 м (100 футов), названный C2W «Норман» в честь основателя TAE, физика Нормана Ростокера, который умер в 2014 году, представляет собой другой подход к «токамаку» в форме пончика, который будет использоваться для крупнейшего в мире термоядерного эксперимента. , многомиллиардный проект ИТЭР.

Управление плазмой при температуре в десятки миллионов градусов требует точно настроенной системы. Опыт Google в области машинного обучения, когда компьютерные алгоритмы совершенствуются с опытом, был использован для «оптимизации» устройства TAE Fusion.

Оптимизация или настройка для достижения наилучшей производительности выполняется, когда что-то меняется на устройстве, например при добавлении нового оборудования. Когда-то этот процесс занимал около двух месяцев, но благодаря машинному обучению «теперь мы можем оптимизировать работу за доли дня», — сказал BBC News исполнительный директор TAE доктор Михл Биндербауэр.

Рендеринг художника C2W "Norman"
Рендеринг художника C2W “Norman”

«То, как ускорилась скорость обучения, невероятно и позволяет нам вносить изменения гораздо быстрее». Машинное обучение также используется для реконструкции того, что происходит во время термоядерного эксперимента или «выстрела». Несколько потоков данных могут быть объединены для более глубокого понимания процесса.

«Это невероятно загружено компьютерами и представляет собой проблему, до сих пор довольно немногие люди даже пытались атаковать», — объясняет генеральный директор. Он говорит, что результаты партнерства с Google могут сократить на год долгосрочный график компании, который предусматривает выпуск коммерческого термоядерного тестового устройства к 2030 году.

Компания уже прошла долгий путь: Ростокер, профессор Калифорнийского университета в Ирвине, основал ее как Tri-Alpha Energy в 1998 году. Уроженец Австрии Биндербауэр был одним из аспирантов Ростокера и четыре года назад стал генеральным директором компании. Два физика выбрали подход TAE, начав с требований к термоядерной электростанции и двигаясь в обратном направлении.

По словам профессора Джереми Читтендена из Имперского колледжа Лондона, TAE «делает что-то совершенно отличное от того, что делают все остальные». Вместо того, чтобы полагаться на тепло плазмы для создания быстро движущихся частиц для синтеза, устройство использует внешние пучки частиц, которые выстреливаются в горячий газ, подобно тому, что происходит в ускорителе частиц. «Это ваш термоядерный источник», — объясняет он.

Устройство TAE сочетает в себе аспекты ускорителей частиц и термоядерных технологий
Устройство TAE сочетает в себе аспекты ускорителей частиц и термоядерных технологий

Устройство «Норман» стоимостью 150 миллионов долларов сталкивает два шара плазмы на сверхзвуковой скорости внутри трубы. Магнитные поля в так называемой конфигурации с обратным полем (FRC) используются для управления процессом.

Усилия по термоядерному синтезу, такие как ИТЭР, будут использовать топливо, состоящее из дейтерия и трития — двух тяжелых версий водорода. Это производит энергию от синтеза при температуре в десятки миллионов градусов по Цельсию, что все же при более низкой температуре, чем некоторые другие варианты. Однако есть и недостатки: тритий радиоактивен, изнашивает внутренности термоядерных реакторов и имеет ограниченный запас.

Устройство TAE «Norman» запускает свои реакции с «обычным» водородом и дейтерием — более мягкий, хотя и менее мощный выбор. Но со временем компания хочет перейти на водородно-борное топливо. Это не производит нейтронных частиц и, следовательно, имеет небольшую радиоактивность, что упрощает обслуживание и обслуживание машин. Но это топливо также требует чрезвычайно высоких температур.

C2W «Норман» работает при температуре около 70 миллионов градусов по Цельсию, но водородно-борное топливо требует повышения температуры в 20-30 раз, до нескольких миллиардов градусов по Цельсию. , — говорит Биндербауэр, — Можем ли мы получить водород-бор? Я очень убежден, что мы можем».

Эксперименты по слиянию автоматизированы и поддерживаются технологией машинного обучения
Эксперименты по слиянию автоматизированы и поддерживаются технологией машинного обучения

Профессор Родди Ванн, физик плазмы из Йоркского университета, Великобритания, работающий над термоядерным синтезом на токамаках, сказал: «Несмотря на то, что вы должны получить правильную температуру, температура, плотность и время удержания энергии должны быть достаточно высоко, одновременно».

Хотя нейтроны действительно производят некоторую радиоактивность в конструкции токамака, объясняет он, это также их энергия, которую мы улавливаем в «обычном» синтезе дейтерия и трития. Однако профессор Ванн сказал: «Если бы мы могли осуществить анейтронный синтез, и сделать это при достижимых температурах, это было бы очень интересно».

Профессор Читтенден объяснил: «Поскольку они делают это не за счет тепла, а за счет ускорения частиц, этот недостаток [водородно-борного топлива] исчезает», добавив: «Чистая выгода от реализации чего-то в виде коммерческой термоядерной установки потенциально огромна. , потому что значительная часть стоимости завода по производству дейтерия-трития приходится на обращение с радиоактивными продуктами».

Доктор Биндербауэр говорит, что подход TAE также менее чувствителен к турбулентности, которая препятствует возможности управления плазмой в токамаках, и к утечке тепла из машины. На самом деле скорость утечки снижается по мере повышения температуры в устройстве, говорит он.

Вслед за «Норманом» планируют два реактора — «Коперник» и «Да Винчи». Ключевой целью в течение десятилетия является производство чистой энергии, при которой выход от синтеза превышает энергию, поставляемую для инициирования реакций.

Спустя почти 25 лет своего существования компания TAE стала пионером в области технологий, не ограничивающихся только термоядерным синтезом. Он совершенствует метод, называемый бор-нейтронозахватной терапией, с целью его использования в лечении рака. И было сформировано новое подразделение для коммерциализации систем управления питанием, созданных на основе его работы над C2W «Norman», для использования в секторах электромобилей и накопителей энергии.

Подписывайтесь на Пола в Твиттере.


Добавить комментарий