Tarjetas gráficas para juegos de ordenador ayudan a desarrollar la fusión nuclear

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La fusión nuclear ofrece el potencial de una fuente de energía segura, limpia y abundante.

Este proceso, que también ocurre en el sol, involucra plasmas, fluidos compuestos de partículas cargadas, que se calientan a temperaturas extremadamente altas para que los átomos se fusionen y liberen abundante energía.

Un desafío para realizar esta reacción en la Tierra es la naturaleza dinámica de los plasmas, que deben controlarse para alcanzar las temperaturas requeridas que permitan que se produzca la fusión. Ahora, investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado un método que aprovecha los avances en la industria de los juegos de ordenador: utiliza una tarjeta gráfica de juegos, o GPU, para ejecutar el sistema de control de su prototipo de reactor de fusión.

El equipo publicó estos resultados el 11 de mayo en Review of Scientific Instruments.

“Se necesita este nivel de velocidad y precisión con los plasmas porque tienen una dinámica tan compleja que evoluciona a velocidades muy altas. Si no puede seguirles el ritmo, o si predice mal cómo reaccionarán los plasmas, tienen la mala costumbre de ir en la dirección totalmente equivocada muy rápidamente ”, dijo el coautor Chris Hansen , científico investigador senior del DDepartamento de Aeronáutica y Astronáutica en la Universidad de Washington.

“La mayoría de las aplicaciones intentan operar en un área donde el sistema es bastante estático. A lo sumo, todo lo que tienes que hacer es 'empujar' las cosas para que vuelvan a su lugar”, dijo Hansen. "En nuestro laboratorio, estamos trabajando para desarrollar métodos para mantener activamente el plasma donde queremos en sistemas más dinámicos".

El reactor experimental del equipo de la UW autogenera campos magnéticos completamente dentro del plasma, lo que lo hace potencialmente más pequeño y más barato que otros reactores que utilizan campos magnéticos externos.

“Al agregar campos magnéticos a los plasmas, puede moverlos y controlarlos sin tener que 'tocar' el plasma”, dijo Hansen. “Por ejemplo, las auroras boreales ocurren cuando el plasma que viaja desde el sol se encuentra con el campo magnético de la Tierra, que lo captura y hace que fluya hacia los polos. Cuando golpea la atmósfera, las partículas cargadas emiten luz".

El reactor prototipo del equipo de la Universidad de Washington calienta el plasma a aproximadamente 1 millón de grados Celsius. Esto está muy por debajo de los 150 millones de grados Celsius necesarios para la fusión, pero lo suficientemente caliente como para estudiar el concepto.

Aquí, el plasma se forma en tres inyectores en el dispositivo y luego estos se combinan y se organizan naturalmente en un objeto con forma de rosquilla, como un anillo de humo. Estos plasmas duran solo unas milésimas de segundo, por lo que el equipo necesitaba tener un método de alta velocidad para controlar lo que estaba sucediendo.

Anteriormente, los investigadores han utilizado tecnología más lenta o menos fácil de usar para programar sus sistemas de control. Entonces, el equipo recurrió a una GPU NVIDIA Tesla, que está diseñada para aplicaciones de aprendizaje automático.

“La GPU nos da acceso a una gran cantidad de potencia informática”, dijo el autor principal Kyle Morgan , científico investigador de la Universidad de Washington en el departamento de aeronáutica y astronáutica. "Este nivel de rendimiento fue impulsado por la industria de los juegos de ordenador y, más recientemente, por el aprendizaje automático, pero esta tarjeta gráfica también proporciona una plataforma realmente excelente para controlar plasmas".

Usando la tarjeta gráfica, el equipo pudo ajustar la forma en que los plasmas ingresaron al reactor, brindando a los investigadores una visión más precisa de lo que está sucediendo a medida que se forman los plasmas, y eventualmente permitiendo que el equipo cree plasmas de vida más larga que operen más cerca de las condiciones requeridas para la energía de fusión controlada.

"La mayor diferencia es para el futuro", dijo Hansen. "Este nuevo sistema nos permite probar algoritmos más nuevos y avanzados que podrían permitir un control significativamente mejor, lo que puede abrir un mundo de nuevas aplicaciones para la tecnología de fusión y plasma".

Otros coautores de este artículo son Aaron Hossack , científico investigador de la Universidad de Washington en el departamento de aeronáutica y astronáutica; Brian Nelson , profesor de investigación afiliado de la UW en el departamento de ingeniería eléctrica e informática; y Derek Sutherland , quien completó un doctorado en la UW pero ahora es el CEO de CTFusion, Inc. Esta investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y por CTFusion, Inc., a través de un premio de Energía de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada.