Kvantno-orijentisani superračunari su po prvi put identifikovali devet molekularnih konfiguracija FLiBe soli koje bi mogle da omoguće efikasniju proizvodnju tritijuma, ključnog goriva za fuzione reaktore. FLiBe je talina so od litijum-fluorida i berilijum-fluorida koja se razmatra kao "breeding blanket" u reaktorima. Trenutni rezultati su zasnovani na simulacijama i zahtevaju laboratorijsku verifikaciju pre praktične primene.
Kvantni Superračunari Identifikovali 9 Konfiguracija FLiBe Koje Mogu Proizvesti Tritijum
Illustration of a tokamak nuclear fusion reactor chamber. (Ruslanas Baranauskas/Science Photo Library/Getty Images)
Jedan od najvećih izazova u primeni nuklearne fuzije kao izvora energije je obezbeđivanje dovoljnih količina tritijuma — radioaktivnog izotopa vodonika koji se koristi zajedno sa deuterijumom u mnogim predloženim fuzionim reaktorima, posebno tokamak dizajnu.
Do sada je tritijum redak na Zemlji i javlja se uglavnom u tragovima usled interakcije kosmičkih zraka sa atmosferom. Zato naučnici istražuju načine da ga "razmnože" (breed) unutar reaktora koristeći materijale poznate kao breeding blankets.
Neutrons from fusion plasma strike a molten salt blanket inside a tokamak reactor to produce tritium. This material is now being modeled withquantum computers. (IBM)
Šta su istraživači uradili?
Timovi iz Cleveland Clinic, Oak Ridge National Laboratory, IBM T.J. Watson Research Center i Michigan State University primenili su kvantno-orijentisane superračunarske tehnike kako bi simulirali moguće molekulske konfiguracije FLiBe soli — taline od litijum-fluorida i berilijum-fluorida koja se smatra jednim od vodećih kandidata za "breeding blanket".
Upotrebom ovih simulacija istraživači su identifikovali devet obećavajućih konfiguracija FLiBe-a, koje prema proračunima imaju različite elektronske i atomske osobine relevantne za efikasnu proizvodnju tritijuma pod uslovima visokih temperatura prisutnih u fuzionim reaktorima.
YouTube Thumbnail
Zašto je to važno?
Proizvodnja tritijuma unutar reaktora bila bi ključna za održivost fuzije kao izvora energije, jer tritijum prirodno gotovo da ne postoji u ekonomskim količinama. Fuziona reakcija tritijuma i deuterijuma oslobađa oko 17,6 MeV po reakciji i ima veliki potencijal za visok prinos energije.
Iako su rezultati ohrabrujući, oni su zasnovani na simulacijama. Pre nego što bilo koja od identifikovanih konfiguracija postane praktično rešenje, neophodna su laboratorijska ispitivanja i eksperimentalna validacija pod uslovima koji oponašaju fuzioni reaktor.
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
"Kvantni računari... su ključni alati koji ubrzavaju cikluse otkrivanja i dizajniranja potrebne da se proizvede dovoljno tritijuma za napajanje fuzionih reaktora," — Tom Beck, Oak Ridge National Laboratory.
Rezultati su objavljeni u preprintu na arXiv i predstavljaju rastuće dokaze da kvantno-orijentisano superračunanje može postati praktičan alat za rešavanje složenih problema u hemiji i nauci o materijalima.
Šta sledi?
Sledeći korak je eksperimentalna validacija: laboratorije će testirati identifikovane konfiguracije FLiBe kako bi se proverilo koliko efikasno stvarno proizvode tritijum i kako podnose ekstremne uslove u reaktoru. Ako se potvrdi, ovaj pristup može značajno skratiti vreme i smanjiti troškove istraživanja fokusiranjem na najperspektivnije varijante pre eksperimentalne faze.
Napomena: fuziona nauka napreduje postepeno — krajem 2022. postignut je prvi eksperimentalni breakeven u Lawrence Livermore National Laboratory, a nedavni rekord za održavanje plazme iznosi 1.337 sekundi. Međutim, proizvodnja i snabdevanje tritijumom ostaju ključni izazov za široku primenu fuzije.
Pomozite nam da budemo bolji.
