Scienziati guidati da Stephen Jardin, principale fisico ricercatore e capo del Computational Plasma Physics Group presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), hanno guadagnato 40 milioni di ore centrali di supercomputer per simulare interruzioni del plasma che possono fermare le reazioni di fusione e danneggiare le strutture di fusione, in modo che gli scienziati possano imparare a fermarli. Il team PPPL applicherà i suoi risultati a ITER, il tokamak internazionale in costruzione in Francia per dimostrare la praticità dell'energia da fusione. I risultati potrebbero aiutare gli operatori di ITER a mitigare le interruzioni su larga scala che l'impianto dovrà inevitabilmente affrontare.

La ricezione del premio ASCR Leadership Computing Challenge (ALCC) 2018 altamente competitivo dà diritto ai fisici a simulare l'interruzione su Cori, il più nuovo e potente supercomputer del National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) del Lawrence Berkeley National Laboratory. NERSC, una struttura per gli utenti dell'Ufficio delle scienze del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti, è leader mondiale nell'accelerazione della scoperta scientifica attraverso il calcolo.

Modella l'intera perturbazione

"Il nostro obiettivo è modellare lo sviluppo dell'intera perturbazione dalla stabilità all'instabilità fino al completamento dell'evento, " disse Jardin, che ha condotto studi precedenti sui danni al plasma. "Il nostro software può ora simulare l'intera sequenza di un'interruzione di ITER, cosa che prima non si poteva fare".

Fusione, la forza che guida il sole e le stelle, è la fusione di elementi leggeri sotto forma di plasma, il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

L'assegnazione di 40 milioni di ore core su Cori, un supercomputer chiamato per il biochimico premio Nobel Gerty Cori che ha centinaia di migliaia di core che agiscono in parallelo, consentirà ai fisici di completare in settimane ciò che un computer portatile single-core richiederebbe migliaia di anni per realizzare. La macchina di calcolo ad alte prestazioni aumenterà le simulazioni per ITER ed eseguirà altre attività che computer meno potenti non sarebbero in grado di completare.

Su Cori il team eseguirà il codice M3D-C1 sviluppato principalmente da Jardin e dal fisico PPPL Nate Ferraro. Il codice, sviluppato e aggiornato in un decennio, evolverà la simulazione dell'interruzione in modo realistico per produrre risultati quantitativi. PPPL ora utilizza il codice per eseguire studi simili per le attuali strutture di fusione per la convalida.

Le simulazioni riguarderanno anche strategie per la mitigazione delle interruzioni di ITER, che potrebbe svilupparsi dall'inizio alla fine in circa un decimo di secondo. Tali strategie richiedono una solida comprensione della fisica alla base delle mitigazioni, che il team PPPL si propone di creare. Insieme a Jardin e Ferraro nel team ci sono la fisica Isabel Krebs e la scienziata computazionale Jen Chen.