El superordenador Frontier del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) vinculado al Departamento de Energía de EEUU es uno de los más potentes del planeta. De hecho, actualmente es el segundo superordenador exaescala más capaz después de El Capitán de acuerdo con la clasificación TOP500. Estas máquinas son unas herramientas muy valiosas que ya están siendo utilizadas por los investigadores para intentar resolver algunos de los problemas científicos más complejos a los que se enfrenta la humanidad. Y uno de ellos es el comportamiento del plasma cuando se encuentra bajo la influencia de un campo magnético.
Un grupo de investigadores del ORNL está usando dos de las herramientas más poderosas de las que dispone actualmente el ser humano, el superordenador Frontier y la inteligencia artificial (IA), para entender con la máxima precisión posible el comportamiento caótico del plasma de las estrellas. Un apunte importante antes de seguir adelante: el plasma es un gas extremadamente caliente conformado por partículas dotadas de carga eléctrica, por lo que puede ser confinado en el interior de un campo magnético.
Este conocimiento presumiblemente puede ayudar a los científicos a simular con mucha precisión las supernovas, que no son otra cosa que las explosiones que se producen cuando una estrella masiva pierde el equilibrio hidrostático al quemar la mayor parte de su combustible. Cuando se desencadena una supernova, buena parte de los elementos químicos que la estrella ha producido mediante reacciones de fusión nuclear sale despedida hacia el medio estelar con muchísima energía.
De las supernovas a los reactores experimentales de fusión nuclear
El doctor Eliu Huerta, un científico computacional del Laboratorio Nacional Argonne (EEUU) que ha tenido la oportunidad de supervisar el trabajo de los investigadores del ORNL, expresa con claridad por qué es tan importante esta iniciativa científica: "Este tipo de capacidad ha sido durante mucho tiempo el sueño de los astrofísicos y de muchos otros científicos. Esta es la primera vez que se alcanza este nivel de comprensión mediante IA para sistemas de esta complejidad [...] Cuanto más caótico es el sistema, más difícil es simularlo".
Entender con mucha precisión cómo se comporta el plasma de las estrellas es importante no solo para tener más información acerca de las supernovas; también es crucial para predecir las llamaradas solares, o, incluso, para simular la interacción del campo magnético terrestre y los núcleos atómicos ionizados de alta energía que constituyen la radiación cósmica. El rol de Frontier en esta investigación es fundamental: proporciona la capacidad computacional que exige el entrenamiento de los modelos necesarios para generar miles de simulaciones detalladas de plasma.
En el interior de los reactores de fusión nuclear aún es un reto mantener las turbulencias bajo control
No obstante, hay otra aplicación en la que esta tecnología tiene la capacidad de marcar la diferencia: la puesta a punto de reactores de fusión nuclear. Podemos imaginar de una forma intuitiva un reactor de fusión nuclear como una olla a presión en la que se cocinan dos ingredientes esenciales: deuterio y tritio. Para conseguir que los núcleos de estos dos isótopos del hidrógeno se fusionen y liberen el neutrón que en última instancia nos va a permitir obtener una gran cantidad de energía es necesario confinarlos en un plasma extremadamente caliente. De hecho, para que este proceso tenga lugar debe alcanzar una temperatura de al menos 150 millones de grados Celsius.
Los científicos saben cómo hacerlo, por lo que someter los núcleos de deuterio y tritio a la presión y la temperatura necesarias para conseguir que se fusionen ya no es un problema. Lo que sí representa aún un reto es lograr mantener las turbulencias bajo control. De lo contrario el plasma se desestabilizará, su densidad en las regiones críticas se verá afectada y el sostenimiento de la reacción de fusión a lo largo del tiempo no será posible. Los mecanismos que rigen este proceso son muy complejos, pero poco a poco los físicos y los ingenieros que trabajan en la energía de fusión están consiguiendo entenderlos mejor.
La investigación de los científicos del ORNL persigue comprender mejor el comportamiento del plasma confinado en el interior de la cámara de vacío de los reactores experimentales de fusión nuclear con un propósito: minimizar las turbulencias para que la pérdida de energía sea mínima. Y van por buen camino. De hecho, ya tienen listo un sistema que es capaz de entregar predicciones de turbulencia muy detalladas en solo unos segundos, reduciendo así los errores en más de la mitad en comparación con los métodos anteriores.
Imagen | Fusion For Energy
Más información | ORNL | Interesting Engineering
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La noticia
EEUU está usando un superordenador de potencia exaescala para resolver el mayor desafío de la fusión nuclear
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Xataka
por
Laura López
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