美国Aurora超级计算机模拟聚变等离子体,AI预测聚变中断
2026-03-04 17:15
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位于美国能源部阿贡国家实验室的Aurora超级计算机,目前正应用于模拟聚变能源中的等离子体行为。这台百亿亿次级计算设备每秒可执行一百亿亿次运算,帮助研究人员建模托卡马克装置内的极端物理条件,其中等离子体需在远超太阳的温度下被约束。Aurora的计算能力旨在理解等离子体在强磁场中的动态,并预测聚变中断事件,以防止反应堆受损。

聚变能源被视为一种潜在的无碳能源来源,其燃料氘易于从水中获取,且反应可安全关闭。然而,维持稳定、可控的聚变过程面临挑战。在托卡马克内部,磁场用于约束超热等离子体,但等离子体不稳定性可能导致磁岛或聚变中断,从而终止反应或损坏设备。

Aurora于2025年在阿贡领导计算设施向全球科学界开放,早期科学计划允许选定的团队访问系统进行调试。阿贡计算科学部门副主任Tim Williams表示:“这些项目有助于调试和排除Aurora硬件和软件的故障,他们最早可能访问完整系统,并帮助诊断和修复问题。”其中两个早期项目聚焦于聚变能源,由普林斯顿等离子体物理实验室的科学家领导。

William Tang和Choongseok Chang利用Aurora模拟等离子体流动和边缘物理,应对与法国国际聚变项目ITER相关的反应堆规模挑战。ITER托卡马克设计温度达1.5亿摄氏度,比太阳核心热约十倍。建模这些条件下的等离子体涉及解决多维度方程,代表数万亿粒子。Chang指出:“计算机越大越好,为此,我们可能需要10台百亿亿次级计算机。”

Aurora还被用于训练人工智能模型,以预测托卡马克中的聚变中断。Kyle Felker与Tang合作开发系统,能在几毫秒内评估中断风险。Felker说:“我们拥有大量历史活动数据,因此可以利用人工智能学习这些不稳定性,并希望完全避免它们。”该模型基于DIII-D和联合欧洲环等设施的数据训练,通过识别不稳定性模式,操作员可提前干预。

Tang强调,全球人工智能工作负载的增加推高了电力需求,突显了清洁能源突破的重要性。他表示:“你真的需要更多电力,让下一代机器继续产生AI有巨大潜力为你带来的发现,这是我们通过磁约束方法提供清洁聚变能源的另一个主要角色。”Aurora的20.4PB内存支持高保真模拟,过去需数天的计算现在几小时内可完成。Tang总结道:“这些机器不会为你完成工作,它们是强大的工具,但也揭示未知。只要我们保持专注,并有聪明、年轻的科学家投身聚变能源,我对未来充满希望。”

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