Supercomputer aurora revolutioniert die fusionstechnologie
Die Suche nach einer sauberen, grenzenlosen und leicht zugänglichen Energiequelle hat einen neuen Verbündeten gefunden: die Hochleistungsrechnung. Während experimentelle Reaktoren langsam in Laboratorien weltweit voranzuschreiten, wird immer mehr von diesem Prozess in fähigen Rechnersystemen abgehandelt, die komplexe physikalische Phänomene simulieren können. Hier tritt Aurora auf, ein derzeit stärkster Supercomputer der Welt, der dem US-Energie-Ministerium gehört. Seine Aufgabe ist es, zu verstehen, was in einem Kernfusionreaktor vor sich geht, bevor dieses Experiment in der realen Welt durchgeführt wird.
Aurora läuft im argonne national laboratory
Auroras Rechenleistung übertrifft 1,2 Billionen FLOPS, was ihn zu einem der schnellsten auf dem Planeten macht. Aber es ist nicht nur die Geschwindigkeit, die ihn wertvoll macht, sondern seine Fähigkeit, riesige Datenmengen zu analysieren und wissenschaftliche Simulationen mit einer Präzision durchzuführen, die vor einigen Jahren noch unmöglich war. In der Kernfusion wird Aurora eingesetzt, um die physikalischen Prozesse in experimentellen Reaktoren zu modellieren.
Fusion: kontrolle des plasmas
Kernfusion nachstellt, was in Sternen geschieht. Um das auf Erden zu erreichen, muss das Brennmaterial auf extrem hohe Temperaturen geheizt werden, um es in Plasma, einem Zustand der Materie, bei dem die Elektronen von den Atomkernen abgespalten sind, umzusetzen. Das Problem ist, dass das Plasma bei solchen Temperaturen instabil ist und jegliche Berührung einer physikalischen Oberfläche unmöglich macht. Es muss daher mittels extrem starker Magnetfelder gehalten werden. Jede kleine Instabilität kann zu Energieverlusten, Ausfällen des Experiments oder Schäden am Reaktor führen. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, dieses Verhalten vorauszuberechnen, um die Technologie weiterzuentwickeln.
Aurora ermöglicht es, das Plasmaverhalten mit einer bislang unerreichbaren Präzision zu simulieren. Die Forscher können seinen Bewegungsablauf im Reaktor nachbilden, seine Wechselwirkung mit den Magnetfeldern analysieren und Phänomene erkennen, die den Systemzustand destabilisieren könnten. Diese Simulationen ermöglichen auch die Überprüfung unterschiedlicher MagnETFeldkonfigurationen, die Evaluation neuer Reaktordesigns und die Untersuchung von Grenzsituationen. Durch diese Simulationen kann die Anzahl experimenteller Tests drastisch reduziert werden, wodurch Zeit, Ressourcen und technische Risiken gespart werden können.
Praktische anwendung in experimentellen reaktoren
Das Ziel dieser Simulationen ist klar: die Verbesserung des Entwurfs und des Betriebs von großen internationalen Fusionsexperimenten. Ein wichtiger ist ITER, der experimentelle Reaktor, der in Frankreich gebaut wird und das Potential darstellen soll, die Fusion zu einer erneuerbaren Energiequelle zu machen. Die mit Supercomputern wie Aurora entwickelten Modelle ermöglichen es, mögliche Plasma-instabilitäten vor dem Auftreten im realen Reaktor zu studieren.
Dadurch können die Ingenieure die MagnETFeldkonfigurationen anpassen, die Steuerung verbessern oder potenzielle Krisen vorhersehen. In der Praxis wird die Hochleistungsrechnung somit zu einer Schlüsseltechnologie für die Entwicklung der nächsten Generation von Fusionreaktoren.