Due foto del prototipo di reattore del team, che mostra i tre iniettori con (a destra) e senza (a sinistra) i circuiti elettrici (etichettati in verde a destra) utilizzati per formare plasmi magnetizzati in ciascun iniettore. La GPU controlla con precisione ciascuno di questi circuiti, consentendo ai ricercatori di mettere a punto la formazione del plasma in ciascun iniettore. I singoli plasmi quindi si combinano e si organizzano naturalmente in un oggetto a forma di ciambella, simile a un anello di fumo. Credito:Università di Washington
La fusione nucleare offre il potenziale per un sicuro, fonte di energia pulita e abbondante.
Questo processo, che si verifica anche al sole, coinvolge plasma, fluidi composti da particelle cariche, essendo riscaldato a temperature estremamente elevate in modo che gli atomi si fondano insieme, sprigionando abbondante energia.
Una sfida per eseguire questa reazione sulla Terra è la natura dinamica dei plasmi, che devono essere controllate per raggiungere le temperature richieste che consentono la fusione. Ora i ricercatori dell'Università di Washington hanno sviluppato un metodo che sfrutta i progressi nel settore dei giochi per computer:utilizza una scheda grafica di gioco, o GPU, per far funzionare il sistema di controllo per il loro prototipo di reattore a fusione.
Il team ha pubblicato questi risultati l'11 maggio in Rassegna di strumenti scientifici .
"Hai bisogno di questo livello di velocità e precisione con i plasmi perché hanno dinamiche così complesse che si evolvono a velocità molto elevate. Se non riesci a stare al passo con loro, o se prevedi male come reagiranno i plasmi, hanno la brutta abitudine di andare nella direzione totalmente sbagliata molto rapidamente, ", ha affermato il coautore Chris Hansen, un ricercatore senior UW nel dipartimento di aeronautica e astronautica.
"La maggior parte delle applicazioni cerca di operare in un'area in cui il sistema è piuttosto statico. Al massimo, tutto ciò che devi fare è "spingere" le cose al loro posto, "Ha detto Hansen. "Nel nostro laboratorio, stiamo lavorando per sviluppare metodi per mantenere attivamente il plasma dove lo vogliamo in sistemi più dinamici."
Il reattore sperimentale del team UW genera campi magnetici interamente all'interno del plasma, rendendolo potenzialmente più piccolo ed economico di altri reattori che utilizzano campi magnetici esterni.
"Aggiungendo campi magnetici ai plasmi, puoi muoverli e controllarli senza dover 'toccare' il plasma, "Ha detto Hansen. "Per esempio, l'aurora boreale si verifica quando il plasma che viaggia dal sole si imbatte nel campo magnetico terrestre, che lo cattura e lo fa scorrere verso i poli. Come colpisce l'atmosfera, le particelle cariche emettono luce."
Il prototipo di reattore del team UW riscalda il plasma a circa 1 milione di gradi Celsius (1,8 milioni di gradi Fahrenheit). Questo è molto al di sotto dei 150 milioni di gradi Celsius necessari per la fusione, ma abbastanza caldo per studiare il concetto.
Qui, il plasma si forma in tre iniettori sul dispositivo e poi questi si combinano e si organizzano naturalmente in un oggetto a forma di ciambella, come un anello di fumo. Questi plasmi durano solo pochi millesimi di secondo, ecco perché il team aveva bisogno di un metodo ad alta velocità per controllare ciò che sta accadendo.
In precedenza, i ricercatori hanno utilizzato una tecnologia più lenta o meno facile da usare per programmare i propri sistemi di controllo. Quindi il team si è rivolto a una GPU NVIDIA Tesla, che è progettato per applicazioni di apprendimento automatico.
"La GPU ci dà accesso a un'enorme quantità di potenza di calcolo, " ha detto l'autore principale Kyle Morgan, un ricercatore UW nel dipartimento di aeronautica e astronautica. "Questo livello di prestazioni è stato determinato dall'industria dei giochi per computer e, più recentemente, apprendimento automatico, ma questa scheda grafica fornisce una piattaforma davvero eccezionale anche per il controllo dei plasmi."
Utilizzando la scheda grafica, il team potrebbe mettere a punto il modo in cui i plasmi sono entrati nel reattore, dando ai ricercatori una visione più precisa di ciò che sta accadendo quando si formano i plasmi e, infine, consentendo potenzialmente al team di creare plasmi più longevi che operano più vicino alle condizioni richieste per l'energia di fusione controllata.
"La differenza più grande è per il futuro, " ha detto Hansen. "Questo nuovo sistema ci permette di provare nuovi, algoritmi più avanzati che potrebbero consentire un controllo significativamente migliore, che può aprire un mondo di nuove applicazioni per la tecnologia del plasma e della fusione."
