Skutečné úzké hrdlo
Máme tendenci mluvit o energii z jaderné syntézy, jako by to byl náš další účet za energie. Čistý. Nekonečný. Svatý grál fyziky.
Ale zatím to nejde. Především kvůli nedostatku paliva. Jmenovitě tritium. Radioaktivní izotop vodíku. Vzácný. Nestabilní. Za dvanáct let se rozpadá.
Příroda ho produkuje v mikroskopických množstvích. Pouze 44 liber ročně pro celou planetu Zemi. Při takovém objemu nelze reaktor spustit. V žádném případě.
Vědci obvykle vytvářejí tritium vypalováním neutronů na lithium uvnitř stávajících jaderných reaktorů. Funguje to, ale s výhradami. Ale co chemické procesy uvnitř takových reaktorů? Chaos. Klasické superpočítače jejich simulaci nezvládnou. Matematika je příliš matoucí a elektrony odmítají být v klidu.
Na scénu vstupuje „hybridní zvíře“.
Tým z IBM a Oak Ridge National Laboratory (ORNL) se rozhodl pro trik. Nebo možná udělat průlom. Záleží na tom, koho se ptáte.
Nepoužili stejný typ počítače. Použili strategii „smečky hyen“. Superpočítač (Frontier) poháněný umělou inteligencí udělal těžkou práci při modelování celkové struktury. A outsourcovali nejsložitější problémy kvantové mechaniky kvantovému procesoru IBM Heron, který se nachází v New Yorku.
To se stalo 29. června. Výsledky se objevily na předtiskovém serveru arXiv. Dosud nezkontrolované, ale významné.
Co přesně modelovali? FLiBe. Kapalná sůl skládající se z fluoru, lithia a berylia. Měla by sloužit jako „výstelka“ kolem termonukleární reakce. Chrání stěny reaktoru a produkuje více tritia, když na něj dopadají neutrony. Na papíře to zní skvěle.
Problém je v tom, že tritium je vybíravé.
Chemický problém
Tritium se může vázat s fluorem. Špatné zprávy. Výsledkem je fluorid trititý. Je žíravý a tvrdohlavý. To se lepí. Těžko se čistí.
Nebo by tritium mohlo komunikovat samo se sebou. Dobrá zpráva. Uvolňuje se jako plyn. Sbírá se.
Co se to vlastně děje? Tohle jsme s jistotou nevěděli. Přesnost požadovaná k předpovědi těchto atomických interakcí přesahuje možnosti standardních serverů. Přiznali to sami výzkumníci. Klasické metody se ukazují jako nedostatečné.
“Pokud se tritium naváže na fluor… stane se žíravým a tvrdohlavým. Abychom to mohli předpovědět, je nutné modelovat jejich interakci s vysokou přesností.”
Rozdělili tedy výpočet na části. Technika se nazývá wavefunction based embedding. Kenneth Mertz z Cleveland Clinic pomohl položit základy této metody. Nedávno použil podobné přístupy k mapování proteinu skládajícího se z více než 12 000 atomů. Nyní ji nanesli na roztavenou sůl.
AI navrhuje kandidátní soli z databáze. Superpočítač modeluje jejich strukturu pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT). Tato část procesu je drahá a pomalá, takže náhražky umělé inteligence ji urychlují. Nakonec kvantový počítač zkontroluje vazebná místa. Zde DFT selhává.
Důkaz konceptu
Testovali model. Svůj hybridní model porovnali se známými klasickými řešeními.
Shodovalo se to? Ano. Přesnost je zachována.
To je obrovský průlom. Pokud bude FLiBe fungovat tak, jak bylo navrženo, mořská voda by se mohla stát neomezeným zdrojem paliva. Deuterium se získává z vody. Tritium se rodí v solné výstelce. Chcete-li začít, potřebujete pouze malé zásoby. Jeden gram směsi deuteria a tritia odpovídá asi 240 galonům oleje.
Čtyřikrát více energie než moderní jaderná fyzika. Milionkrát více než uhlí.
Inženýrské bariéry stále existují. Tokamaky s magnetickým omezením jsou vrtošivé. Udržet stabilní plazmu je opravdové umění. Tento krok ale odstraňuje jedno slepé místo. Nyní víme, jak se tritium chová. Zbývá jen vytvořit zařízení, které odolává horku.
Merz a jeho tým plánují v budoucnu modelovat větší systémy. Chtějí otestovat, zda umělá inteligence dokáže zkrátit měsíce objevování. Nebo dokonce roky.
Proč je to důležité?
Protože potřebujeme energii. Stará elektrická síť spaluje uhlí. Nový slibuje slunce a vítr, ale potýká se s problémy se skladováním. Fusion je most. Jenom čeká, až přijdeme na chemii.
Nyní máme nástroje. Počítač nám nedal hotový reaktor. Ale dal nám mapu. A poprvé se zdá, že cíl je dosažitelný.
