Wetenschappers onder leiding van Stephen Jardin, hoofdonderzoeksfysicus en hoofd van de Computational Plasma Physics Group van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), hebben 40 miljoen kernuren aan supercomputertijd gewonnen om plasmaverstoringen te simuleren die fusiereacties kunnen stoppen en fusiefaciliteiten kunnen beschadigen, zodat wetenschappers kunnen leren hoe ze ze kunnen stoppen. Het PPPL-team zal zijn bevindingen toepassen op ITER, de internationale tokamak in aanbouw in Frankrijk om de bruikbaarheid van fusie-energie te demonstreren. De resultaten kunnen ITER-operators helpen de grootschalige verstoringen te verminderen waarmee de faciliteit onvermijdelijk te maken zal krijgen.

De ontvangst van de zeer competitieve 2018 ASCR Leadership Computing Challenge (ALCC)-prijs geeft de natuurkundigen het recht om de verstoring op Cori te simuleren, de nieuwste en krachtigste supercomputer van het National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) van het Lawrence Berkeley National Laboratory. NERSC, een gebruikersfaciliteit van het Amerikaanse Department of Energy Office of Science, is een wereldleider in het versnellen van wetenschappelijke ontdekkingen door middel van berekeningen.

Modelleer de hele verstoring

"Ons doel is om de ontwikkeling van de volledige verstoring van stabiliteit tot instabiliteit tot voltooiing van het evenement te modelleren, " zei Jardin, die eerdere onderzoeken naar plasma-afbraak heeft geleid. "Onze software kan nu de volledige reeks van een ITER-storing simuleren, wat voorheen niet kon."

Fusie, de kracht die de zon en de sterren aandrijft, is het samensmelten van lichte elementen in de vorm van plasma - het hete, geladen toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen - die enorme hoeveelheden energie genereert. Wetenschappers proberen fusie op aarde na te bootsen voor een vrijwel onuitputtelijke stroomvoorziening om elektriciteit op te wekken.

De toekenning van 40 miljoen core-uren op Cori, een supercomputer genoemd naar de Nobelprijswinnende biochemicus Gerty Cori met honderdduizenden kernen die parallel werken, zal de natuurkundigen in staat stellen om in weken te voltooien wat een single-core laptopcomputer duizenden jaren nodig zou hebben om te bereiken. De krachtige computermachine zal simulaties voor ITER opschalen en andere taken uitvoeren die minder krachtige computers niet zouden kunnen voltooien.

Op Cori zal het team de M3D-C1-code gebruiken die voornamelijk is ontwikkeld door Jardin en PPPL-natuurkundige Nate Ferraro. De code, ontwikkeld en geüpgraded gedurende een decennium, zal de verstoringssimulatie op een realistische manier verder ontwikkelen om kwantitatieve resultaten te produceren. PPPL gebruikt de code nu om vergelijkbare onderzoeken uit te voeren voor huidige fusiefaciliteiten voor validatie.

De simulaties zullen ook betrekking hebben op strategieën voor de beperking van ITER-verstoringen, die zich binnen ongeveer een tiende van een seconde van begin tot eind zou kunnen ontwikkelen. Dergelijke strategieën vereisen een goed begrip van de fysica achter mitigaties, die het PPPL-team wil creëren. Samen met Jardin en Ferraro in het team zijn natuurkundige Isabel Krebs en computerwetenschapper Jen Chen.