Prawdziwe wąskie gardło
Zwykle mówimy o energii termojądrowej, jakby to był nasz kolejny rachunek za media. Czysty. Nieskończony. Święty Graal fizyki.
Ale to jeszcze nie działa. Głównie z powodu braku paliwa. Mianowicie tryt. Radioaktywny izotop wodoru. Rzadki. Nietrwały. Rozpada się w ciągu dwunastu lat.
Natura produkuje go w mikroskopijnych ilościach. Tylko 44 funty rocznie dla całej planety Ziemia. Reaktora nie da się uruchomić przy takiej objętości. Nie ma mowy.
Naukowcy zazwyczaj tworzą tryt poprzez wystrzeliwanie neutronów w lit w istniejących reaktorach jądrowych. Działa, ale z zastrzeżeniami. Ale co z procesami chemicznymi zachodzącymi w takich reaktorach? Chaos. Klasyczne superkomputery nie radzą sobie z symulacją. Matematyka jest zbyt zagmatwana, a elektrony nie chcą być w spoczynku.
Na scenę wkracza „hybrydowa bestia”.
Zespół IBM i Oak Ridge National Laboratory (ORNL) zdecydował się skorzystać z podstępu. A może dokonasz przełomu. Zależy kogo spytasz.
Nie używali tego samego typu komputera. Zastosowali strategię „sfory hien”. Superkomputer napędzany sztuczną inteligencją (Frontier) wykonał ciężkie zadanie modelowania całej konstrukcji. I zlecili najbardziej złożone problemy mechaniki kwantowej procesorowi kwantowemu IBM Heron, zlokalizowanemu w Nowym Jorku.
Stało się to 29 czerwca. Wyniki pojawiły się na serwerze preprintów arXiv. Jeszcze nie sprawdzone, ale znaczące.
Co dokładnie modelowali? FLiBe. Sól w płynie składająca się z fluoru, litu i berylu. Powinien służyć jako „wyściółka” wokół reakcji termojądrowej. Chroni ściany reaktora i wytwarza więcej trytu, gdy uderzają w niego neutrony. Brzmi świetnie na papierze.
Problem w tym, że tryt jest wybredny.
Problem chemiczny
Tryt może wiązać się z fluorem. Złe wieści. Rezultatem jest fluorek trytu. Jest żrący i uparty. To się klei. Jest trudny do czyszczenia.
Albo tryt mógłby komunikować się sam ze sobą. Dobra wiadomość. Jest uwalniany w postaci gazu. Trwa zbieranie.
Co się naprawdę dzieje? Tego nie wiedzieliśmy na pewno. Dokładność wymagana do przewidzenia tych interakcji atomowych przekracza możliwości standardowych serwerów. Sami badacze przyznali to. Klasyczne metody okazują się niewystarczające.
“Jeśli tryt zwiąże się z fluorem… staje się żrący i uparty. Aby to przewidzieć, konieczne jest modelowanie ich interakcji z dużą dokładnością.”
Podzielili więc obliczenia na części. Technika ta nazywa się osadzaniem opartym na funkcji falowej. Kenneth Mertz z Cleveland Clinic pomógł stworzyć podstawy tej metody. Niedawno zastosował podobne podejście do mapowania białka składającego się z ponad 12 000 atomów. Teraz nałożyli go na stopioną sól.
Sztuczna inteligencja sugeruje sole kandydatów z bazy danych. Superkomputer modeluje ich strukturę, korzystając z teorii funkcjonału gęstości (DFT). Ta część procesu jest kosztowna i powolna, więc substytuty AI przyspieszają ten proces. Na koniec komputer kwantowy sprawdza miejsca wiązania. W tym miejscu DFT zawodzi.
Dowód koncepcji
Testowali model. Porównali swój model hybrydowy ze znanymi klasycznymi rozwiązaniami.
Czy to się zbiegło? Tak. Dokładność zostaje zachowana.
To ogromny przełom. Jeśli FLiBe będzie działać zgodnie z założeniami, woda morska może stać się nieograniczonym źródłem paliwa. Deuter jest pobierany z wody. Tryt rodzi się w wyściółce solnej. Na początek potrzebujesz tylko małych zapasów. Jeden gram mieszaniny deuteru i trytu odpowiada około 240 galonom ropy.
Cztery razy więcej energii niż współczesna fizyka jądrowa. Miliony razy więcej niż węgiel.
Bariery inżynieryjne nadal istnieją. Tokamaki z zamknięciem magnetycznym są kapryśne. Utrzymanie stabilności plazmy to prawdziwa sztuka. Ale ten ruch usuwa jeden martwy punkt. Teraz wiemy jak zachowuje się tryt. Pozostaje tylko stworzyć sprzęt, który wytrzyma ciepło.
Merz i jego zespół planują w przyszłości modelować większe systemy. Chcą sprawdzić, czy sztuczna inteligencja może skrócić proces odkrywania o miesiące. Albo nawet przez lata.
Dlaczego to jest ważne?
Ponieważ potrzebujemy energii. Stara sieć energetyczna spala węgiel. Nowy obiecuje słońce i wiatr, ale ma problemy z przechowywaniem. Fuzja to most. On tylko czeka, aż rozpracujemy chemię.
Teraz mamy narzędzia. Komputer nie dał nam gotowego reaktora. Ale dał nam mapę. I po raz pierwszy cel wydaje się osiągalny.
