Experimentální fúzní reaktor řízený GPU. Kredit: University of Washington.

Fúzní energetika je stále více vytouženou metou, k níž směřuje mohutné úsilí řady výzkumných týmů, inženýrů, státních agentur i soukromých společností. Každý den vidíme na obloze Slunce, které hoří fúzními reakcemi a zaplavuje okolní vesmír ohromnou energií. Využití fúze ale není tak snadné a zatím máme spíš pocit, že se nám ten přirozený fúzní reaktor Sluneční soustavy spíš směje do očí.

Kyle Morgan.

Kredit: University of Washington.

Jednou ze závažných překážek, s nimiž se musejí fúzní vědci při vývoji fúzní energetiky vyrovnat, je neklidná povaha plazmatu, který musíme zkrotit, abychom mohli energii fúze smysluplně využít. To si žádá intenzivní výzkum, simulace a experimenty, které jsou nesmírně náročné na výpočetní sílu.

Odborníci americké University of Washington se rozhodli do fúzních experimentů zapojit osvědčený hardware, který dal světu herní průmysl. Neukojitelná touha nespočtu milionů hráčů počítačových her po stále více okouzlujících zážitcích přinutil výrobce elektroniky vyvinout velice efektivní a výkonné grafické karty (GPU). Postupně se ukázalo, že jsou tak dobré, že je možné využít jejich služeb i v mnoha dalších odvětvích lidských aktivit. Mimo jiné nacházejí uplatnění ve špičkovém výzkumu, což se teď projevilo i ve vývoji fúzních zařízení.

Jak se nechal slyšet Chris Hansen z týmu University of Washington, dynamika plazmatu ve fúzních experimentech je šílená a rychle se vyvíjí. Pokud by s ní fúzní zařízení nedrželo krok, tak by fúzní reakce mohla dopadnout velmi špatně. Většina dnes používaných aplikací předpokládá, že fúzní systém je dost statický. Hansen a spol. vyvíjejí metody, které mají plazma držet na řetězu a přitom počítají s jeho nesmírně dynamickou povahou.

Logo. Kredit: University of Washington.

S kolegy postavili experimentální fúzní reaktor, který vytváří magnetická pole uvnitř plazmatu. Výhodou tohoto přístupu je, že takový reaktor by měl být menší a levnější v porovnání s fúzními reaktory, které využívají externí magnetická pole. Vnitřní magnetická pole přitom umožňují efektivně ovládat plazma.

Prototyp fúzního reaktoru týmu University of Washington dosahuje teplot plazmatu kolem 1 milionu °C. To je sice mnohem méně než 150 milionů °C, potřebných pro spuštění fúzní reakce, ale je to dost na to, aby vědci mohli vyvíjet a testovat nové technologie. V jejich reaktoru pracují tři injektory, které vytvářejí oblak plazmatu ve tvaru donutu. Plazma se udrží jen pár tisícin sekundy, během nichž musejí badatelé plazma monitorovat a sbírat data.

Dříve k ovládání reaktoru využívali pomalé a nepříliš uživatelsky vstřícné technologie. Pak se rozhodli použít karty GPU NVIDIA Tesla, které byly navrženy pro aplikace strojového učení. Podle vedoucího výzkum Kylea Morgana jim to přineslo ohromnou a uživatelsky příjemnou výpočetní sílu. Díky grafickým kartám mohou testovat nové pokročilé algoritmy pro ovládání plazmatu. Jak se zdá, GPU si našly cestu do fúzní energetiky.

Literatura

University of Washington 22. 7. 2021.

Review of Scientific Instruments 92: 053530.