Revoluce ve fúzi: Americká Thea Energy zjednodušuje reaktory díky softwaru a plochým cívkám

Americká energetická společnost Thea Energy vyvíjí virtuální model své plánované fúzní elektrárny s využitím softwarového inženýrství a výpočetních nástrojů.

Americká energetická společnost Thea Energy vyvíjí virtuální model své plánované fúzní elektrárny s využitím softwarového inženýrství a výpočetních nástrojů. Cílem podniku je vytvořit digitální dvojče budoucího zařízení „Helios“, které inženýrům umožní simulovat provozní proměnné elektrárny ještě před zahájením její výstavby.

Na tomto projektu firma spolupracuje s technologickými společnostmi NVIDIA a Synopsys, a také se dvěma federálními subjekty: Argonne National Laboratory a Princeton Plasma Physics Laboratory. Tato iniciativa je součástí mise Genesis amerického ministerstva energetiky, programu, který využívá datovou analytiku k urychlení projektů nastíněných v národním plánu pro vědu a technologii fúze. Tým očekává, že simulací fyzických systémů prostřednictvím softwaru sníží kapitálové požadavky, které jsou obvykle nutné pro hardwarové průzkumné testování. Cílem je dodávat elektřinu připravenou pro síť do roku 2035.

Jednou z klíčových inovací Thea Energy je změna přístupu k tradičním stellarátorům, které obvykle vyžadují složité, zakřivené trojrozměrné magnetické cívky pro udržení plazmatu. Thea Energy místo toho využívá ploché, opakovatelné planární magnetické cívky uspořádané ve specifické geometrii. Jelikož jsou ploché magnety snazší na výrobu, fyzická složitost udržení plazmatu se přenáší do řídicího softwaru. Ten dynamicky reguluje magnetická pole, což systému umožňuje přizpůsobit se fyzické deformaci nebo degradaci materiálu během nepřetržitého provozu, aniž by byly nutné manuální mechanické zásahy.

Zapojené organizace poskytují různé výpočetní a fyzické datové sady pro vybudování celkové virtuální architektury. NVIDIA dodává svou výpočetní infrastrukturu Omniverse, která umožňuje inženýrům sledovat trojrozměrná provozní data a současně sledovat potenciální úpravy designu. Synopsys integruje strukturální data do multiphysikálního softwarového prostředí, aby analyzoval výkon takzvaného „breeding blanketu“ – komponenty, která absorbuje tepelnou energii z fúzního jádra a poskytuje radiační bariéru pro okolní magnetické systémy. Argonne National Laboratory dodává specializovaná data o interakcích částic a neutronice, která pomáhají trénovat softwarové algoritmy k předpovídání chování fyzických komponent blanketu při bombardování vysokoenergetickými částicemi. Princeton Plasma Physics Laboratory pak dodává numerické kódy mapující chování plazmatu, což digitálnímu dvojčeti umožňuje modelovat vysoce turbulentní ionizované plyny za zvýšených teplot a tlaků.

Plán nasazení zahrnuje dva primární hardwarové systémy. Počáteční systém, nazvaný Eos, slouží jako velký prototyp navržený k dosažení ustálené fúze a testování strukturální integrity při skutečném provozním zatížení. Po ověření prototypu společnost postaví zařízení Helios, které bude v 30. letech 21. století fungovat jako komerční elektrárna. Rámec digitálního dvojčete je navržen tak, aby fungoval jako aktivní zpětná vazba mezi těmito dvěma systémy, přičemž data odvozená z virtuálního modelu Helios budou použita k optimalizaci inženýrských komponent prototypu Eos během jeho aktivních testovacích fází.