Un tema clave para los científicos que buscan llevar la fusión que alimenta el sol y las estrellas a la Tierra es pronosticar el rendimiento del plasma volátil que alimenta las reacciones de fusión. Hacer tales predicciones requiere un tiempo considerable y costoso en las supercomputadoras más rápidas del mundo. Ahora investigadores enEl Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE ha tomado prestada una técnica de las matemáticas aplicadas para acelerar el proceso.
La técnica combina el comportamiento en milisegundos de los plasmas de fusión en pronósticos a más largo plazo. Al usarlo, "pudimos demostrar que se podían lograr predicciones precisas de cantidades tales como perfiles de temperatura de plasma y flujos de calor a un costo computacional muy reducido,"dijo Ben Sturdevant, un matemático aplicado en PPPL y autor principal de un artículo de Física de Plasmas link is external que informó los resultados.
Fusion combina elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía. Los científicos están trabajando en todo el mundo para crear y controlar la fusión en la Tierra paraun suministro virtualmente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad.
Simulaciones de exceso de velocidad
Sturdevant aplicó la técnica matemática al código de plasma XGCa de alto rendimiento desarrollado por un equipo dirigido por el físico CS Chang en PPPL. La aplicación aceleró en gran medida las simulaciones del perfil de temperatura en evolución de los iones que orbitan alrededor de líneas de campo magnético modeladas con girocinética -un modelo ampliamente utilizado que proporciona una descripción microscópica detallada del comportamiento del plasma en campos magnéticos fuertes. También se aceleró el modelado de las colisiones entre partículas en órbita que hacen que el plasma se filtre y reduzca su rendimiento.
La aplicación fue el primer uso exitoso de la técnica, llamada "integración proyectiva sin ecuaciones", para modelar la evolución de la temperatura de iones a medida que las partículas en colisión escapan del confinamiento magnético. El modelado sin ecuaciones tiene como objetivo extraer información macroscópica a largo plazo desimulaciones microscópicas a corto plazo. La clave era mejorar un aspecto crítico de la técnica llamada "operador de levantamiento" para mapear los estados de comportamiento plasmático a gran escala o macroscópicos en los de escala pequeña o microscópica.
La modificación puso de relieve el perfil detallado de la temperatura del ion. "En lugar de simular directamente la evolución en una escala de tiempo larga, este método utiliza una serie de simulaciones de milisegundos para hacer predicciones en una escala de tiempo más larga", Sturdevant"El proceso mejorado redujo el tiempo de computación en un factor de cuatro".
Los resultados, basados en simulaciones de tokamak, son generales y podrían adaptarse para otros dispositivos de fusión magnética, incluidos los estelladores e incluso para otras aplicaciones científicas ". Este es un paso importante para poder predecir con confianza el rendimiento en dispositivos de energía de fusión desde el principio ...física basada en principios ", dijo Sturdevant.
Ampliando la técnica
Luego planea considerar el efecto de expandir la técnica para incluir la evolución de la turbulencia en la velocidad del proceso. "Algunos de estos resultados iniciales son prometedores y emocionantes", dijo Sturdevant. "Estamos muy interesados en ver cómofuncionará con la inclusión de la turbulencia "
Los coautores del artículo incluyen Chang, el físico PPPL Robert Hager y el físico Scott Parker de la Universidad de Colorado. Chang y Parker fueron asesores, dijo Sturdevant, mientras que Hager proporcionó ayuda con el código XGCa y el análisis computacional.
El apoyo para este trabajo proviene del Exascale Computing Project, un esfuerzo de colaboración de la Oficina de Ciencia del DOE y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, y el Descubrimiento Científico a través de la Computación Avanzada SciDAC. Las simulaciones por computadora se realizaron en el National Energy Research Scientific ComputingCenter NERSC, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por John Greenwald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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