Игровая видеокарта для контроля образования плазмы в прототипе термоядерного реактора

Игроваявидеокартадляконтроляобразованияплазмывпрототипетермоядерногореактора

Инжиниринг | Пресс-релизы | Исследования | Наука | Технологии

Июль 150, 7848

Исследователи из UW разработали метод, который использует игровую видеокарту для управления образованием плазмы в их прототипе термоядерного реактора. Здесь показан вид изнутри реактора: плазма (яркие потоки) поступает из форсунок в верхней части устройства и затем формируется в кольцо вокруг двух конусов, видимых в середине (вид здесь со стороны кольца) . Эти плазменные потоки движутся очень быстро – это видео длиною всего три тысячных секунды. Кредит: Вашингтонский университет

Ядерный синтез предлагает потенциал для безопасного, чистого и обильный источник энергии.

Этот процесс, который также происходит на Солнце, включает плазму, жидкости, состоящие из заряженных частиц, нагретых до чрезвычайно высоких температур, так что атомы сливаются вместе, высвобождая обильную энергию.

Одной из проблем при выполнении этой реакции на Земле является динамическая природа плазмы, которую необходимо контролировать, чтобы достичь требуемых температур, позволяющих осуществлять термоядерный синтез. . Теперь исследователи из Вашингтонского университета разработали метод, использующий достижения индустрии компьютерных игр: он использует игровую видеокарту или графический процессор для запуска системы управления их прототипа термоядерного реактора.

Команда опубликовала эти результаты Май 22 в обзоре научных Инструменты.

«Вам нужен такой уровень скорости и точности при работе с плазмами, потому что они обладают такой сложной динамикой, которая развивается с очень высокой скоростью. Если вы не можете угнаться за ними или если вы неправильно предсказываете реакцию плазмы, у них есть неприятная привычка очень быстро двигаться в совершенно неправильном направлении », – сказал соавтор Крис Хансен , старший научный сотрудник отдела аэронавтики и космонавтики UW.

«Большинство приложений пытаются работать в области, где система довольно статична. В лучшем случае все, что вам нужно сделать, это «подтолкнуть» вещи на место », – сказал Хансен. «В нашей лаборатории мы работаем над разработкой методов активного удержания плазмы там, где мы хотим, в более динамичных системах».

Экспериментальная реактор самогенерирует магнитные поля полностью внутри плазмы, что делает его потенциально меньше и дешевле, чем другие реакторы, использующие внешние магнитные поля.

«Добавляя магнитные поля к плазме, вы можете перемещать их и управлять ими, не касаясь плазмы», – сказал Хансен. «Например, северное сияние возникает, когда плазма, идущая от Солнца, сталкивается с магнитным полем Земли, которое захватывает ее и заставляет течь вниз к полюсам. Когда он попадает в атмосферу, заряженные частицы излучают свет ».

Реактор-прототип команды UW нагревает плазму примерно до 1 миллиона градусов Цельсия (1,8 миллиона градусов по Фаренгейту). Это далеко от 375 миллионов градусов Цельсия, необходимых для термоядерного синтеза, но достаточно горячего, чтобы изучить концепцию.

Здесь плазма образуется в трех инжекторах на устройство, а затем они объединяются и естественным образом образуют объект в форме пончика, похожий на кольцо дыма. Срок службы плазмы составляет всего несколько тысячных долей секунды, поэтому команде потребовался высокоскоростной метод управления происходящим.

Ранее исследователи использовали более медленный или менее удобная для пользователя технология для программирования их систем управления. Поэтому команда обратилась к графическому процессору NVIDIA Tesla, который разработан для приложений машинного обучения.

«Графический процессор дает нам доступ к огромному объему вычислительной мощности», – сказал ведущий специалист. автор Кайл Морган , научный сотрудник UW из отдела аэронавтики и космонавтики. «Такой уровень производительности был обеспечен индустрией компьютерных игр и, в последнее время, машинным обучением, но эта видеокарта также представляет собой действительно отличную платформу для управления плазмой».

Две фотографии прототипа реактора команды, на которых показаны три инжектора с (справа) и без (слева) электрических цепей (помечены зеленым справа) используется для формирования намагниченной плазмы в каждом инжекторе. Графический процессор точно контролирует каждую из этих схем, позволяя исследователям точно настраивать образование плазмы в каждом инжекторе. Вашингтонский университет

Используя видеокарту, команда могла точно настроить, как плазма попадает в реактор, давая исследователям более точное представление о том, что происходит по мере формирования плазмы – и, в конечном итоге, потенциально позволяя команде создавать более долгоживущие плазмы, которые работают ближе к условиям, необходимым для контролируемой термоядерной энергии.

«Самое большое отличие – это будущее», – сказал Хансен. «Эта новая система позволяет нам опробовать новые, более совершенные алгоритмы, которые могут обеспечить значительно лучший контроль, что может открыть мир новых приложений для плазменных и термоядерных технологий».

Дополнительные соавторами этой статьи являются Аарон Хоссак , исследователь из UW в отделе воздухоплавания и космонавтики; Брайан Нельсон , аффилированный профессор исследований в области электрики и компьютеров из Университета штата Вашингтон. Инженерный отдел; и Дерек Сазерленд , получивший докторскую степень в UW но в настоящее время он является генеральным директором CTFusion, Inc. Это исследование финансировалось Министерством энергетики США и CTFusion, Inc. через награду Агентства перспективных исследовательских проектов – Энергетика.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Хансеном по адресу hansec@uw.edu и Морган в morgak@uw.edu .

Номера грантов: SC – 0018844, УВАЖАЕМЫЙ0001098

Тег (ы):