Kernfusie biedt het potentieel voor een veilige, schone en overvloedige energiebron.

Dit proces, die ook in de zon voorkomt, omvat plasma's, vloeistoffen samengesteld uit geladen deeltjes, verhit worden tot extreem hoge temperaturen zodat de atomen samensmelten, overvloedige energie vrijgeven.

Een uitdaging om deze reactie op aarde uit te voeren, is de dynamische aard van plasma's, die moeten worden gecontroleerd om de vereiste temperaturen te bereiken die fusie mogelijk maken. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Washington een methode ontwikkeld die gebruikmaakt van de vooruitgang in de computergame-industrie:het maakt gebruik van een grafische kaart voor games, of GPU, om het besturingssysteem voor hun prototype fusiereactor te laten draaien.

Het team publiceerde deze resultaten op 11 mei in Beoordeling van wetenschappelijke instrumenten .

"Je hebt dit niveau van snelheid en precisie nodig met plasma's omdat ze zo'n complexe dynamiek hebben die met zeer hoge snelheden evolueert. Als je ze niet kunt bijhouden, of als u verkeerd voorspelt hoe plasma's zullen reageren, ze hebben de nare gewoonte om heel snel de verkeerde kant op te gaan, " zei co-auteur Chris Hansen, een UW senior onderzoeker op de afdeling luchtvaart en ruimtevaart.

"De meeste applicaties proberen te werken in een gebied waar het systeem behoorlijk statisch is. Je hoeft hoogstens dingen weer op hun plaats te 'duwen', "zei Hansen. "In ons lab, we werken aan het ontwikkelen van methoden om het plasma actief te houden waar we het willen in meer dynamische systemen."

De experimentele reactor van het UW-team genereert zelf magnetische velden in het plasma, waardoor het potentieel kleiner en goedkoper is dan andere reactoren die externe magnetische velden gebruiken.

"Door magnetische velden toe te voegen aan plasma's, je kunt ze bewegen en besturen zonder het plasma te 'aanraken', "Zei Hansen. "Bijvoorbeeld, het noorderlicht treedt op wanneer plasma dat van de zon komt in het magnetische veld van de aarde terechtkomt, die het vangt en ervoor zorgt dat het naar de polen stroomt. Als het de atmosfeer raakt, de geladen deeltjes zenden licht uit."

De prototypereactor van het UW-team verwarmt plasma tot ongeveer 1 miljoen graden Celsius (1,8 miljoen graden Fahrenheit). Dit is veel minder dan de 150 miljoen graden Celsius die nodig zijn voor fusie, maar heet genoeg om het concept te bestuderen.

Hier, het plasma vormt zich in drie injectoren op het apparaat en deze combineren en organiseren zich op natuurlijke wijze in een donutvormig object, als een rookring. Deze plasma's duren maar een paar duizendsten van een seconde, daarom had het team een ​​snelle methode nodig om te controleren wat er gebeurt.

Eerder, onderzoekers hebben langzamere of minder gebruiksvriendelijke technologie gebruikt om hun controlesystemen te programmeren. Dus het team wendde zich tot een NVIDIA Tesla GPU, die is ontworpen voor machine learning-toepassingen.

"De GPU geeft ons toegang tot een enorme hoeveelheid rekenkracht, " zei hoofdauteur Kyle Morgan, een UW-onderzoeker op de afdeling luchtvaart en ruimtevaart. "Dit prestatieniveau werd gedreven door de computerspelindustrie en, recenter, machinaal leren, maar deze grafische kaart biedt ook een geweldig platform voor het aansturen van plasma's."

Met behulp van de grafische kaart, het team kon finetunen hoe plasma's de reactor binnenkwamen, waardoor de onderzoekers een nauwkeuriger beeld krijgen van wat er gebeurt als de plasma's zich vormen - en uiteindelijk kan het team mogelijk langerlevende plasma's maken die dichter bij de voorwaarden werken die nodig zijn voor gecontroleerde fusie-energie.

"Het grootste verschil is voor de toekomst, Hansen zei. "Met dit nieuwe systeem kunnen we nieuwere, meer geavanceerde algoritmen die een aanzienlijk betere controle mogelijk zouden kunnen maken, die een wereld van nieuwe toepassingen voor plasma- en fusietechnologie kan openen."