Amerikkalainen Type One Energy -yhtiö Knoxvillestä ilmoitti tärkeästä askeleesta kohti kaupallisen lämpöydinreaktorin rakentamista. Yhdysvaltain energiaministeriön supertietokoneen avulla asiantuntijat tarkensivat suunnitelmaa, joka perustuu stellaattoriin – erittäin monimutkaiseen laitteeseen plasman pitämiseksi. Työ tehtiin yhteistyössä Oak Ridge National Laboratoryn (ORNL) kanssa, jossa insinöörit saivat käyttöönsä Summit-tietokoneen laskentaresurssit. Summit on yksi maailman tehokkaimmista supertietokoneista.
Laskelmia varten tiimille osoitettiin 250 000 solmua-tuntia – laskentateho, joka mahdollisti tuhansien yksityiskohtaisten simulaatioiden suorittamisen. Mallinnuksen keskiössä oli plasman käyttäytymisen ennustaminen reaktorin sisällä. Laskelmien korkea tarkkuus mahdollisti tulevan laitoksen vakaimman ja lupaavimman kokoonpanon määrittämisen. Tutkijoiden mukaan näin laajamittainen korkean suorituskyvyn laskennan käyttö oli ensimmäistä kertaa teollisen lämpöydinvoimalaitoksen suunnittelun perustana.
Yhtiön tavoitteena on hyödyntää lämpöydinsynteesin energiaa, joka on auringon palamisen lähde. Laitteistossa käytetään stellaattoria: suprajohtavien sähkömagneettisten kelojen järjestelmä luo magneettikentän, joka pitää plasman vetyisotoopeista – deuteriumista ja tritiumista – koossa. Reaktion käynnistämiseksi on saavutettava noin 150 miljoonan asteen lämpötila, joka on noin kymmenen kertaa kuumempi kuin auringon ydin.
Tällaisen lähestymistavan periaatteelliset mahdollisuudet on vahvistettu kokeellisilla laitoksilla, kuten Wendelstein 7-X -stellaattorilla Saksassa, joka on suurin toiminnassa oleva laite tässä luokassa. Kuitenkin termonukleaarisen energian suurin vaikeus pysyy muuttumattomana – plasman turbulenssi, jonka vuoksi energia karkaa reaktioalueelta eikä järjestelmä pääse itsestään ylläpitävään synteesiin.
Type One Energy -yrityksen kehittäjät päättivät etsiä ratkaisua lisäämättä laitteen kokoa tai vahvistamalla magneettikenttiä äärimmäisen paljon, vaan optimoimalla stellaattorin muotoa. Summitilla tehdyt mallit mahdollistivat monien monimutkaisten kolmiulotteisten geometrioiden testaamisen ja sellaisen vaihtoehdon löytämisen, joka vähentää passiivisesti energianhukkaa. Yhtiön arvion mukaan tällainen strategia nopeutti siirtymistä konseptista toimivaan projektiin vähintään vuodella.
Yhtiön päätieteellinen tutkija Walter Guttenfelder totesi, että kertynyt tieto plasmasta mahdollistaa jo työskentelyn ilman pelkoa ylittämättömien esteiden kohtaamisesta. ORNL:n johtavat laskentaresurssit ovat olleet avainasemassa tässä kehityksessä.
Yhtiön suunnitelma edellyttää kaksivaiheista kehitystä. Ensin luodaan Infinity One -prototyyppi valitun lähestymistavan tehokkuuden vahvistamiseksi. Seuraava vaihe on Infinity Two -pilottivoimalaitos, joka on suunniteltu tuottamaan 350 megawattia sähköenergiaa ja liittämään se verkkoon. Rakentamisen on määrä valmistua 2030-luvun puoliväliin mennessä.
Laskelmissa tiimi käytti erikoistunutta GX-koodia, joka on optimoitu Summit-tietokoneen grafiikkaprosessoreiden arkkitehtuurille. Algoritmi ratkaisee viidessä ulottuvuudessa monimutkaisia yhtälöitä, jotka kuvaavat plasman käyttäytymistä magneettikentissä. Nyt kun ensimmäinen suunnitteluvaihe on valmis, yritys aikoo siirtyä seuraavaan vaiheeseen, joka on mallinnus ORNL:n nykyisellä lippulaivalla, Summitia vielä tehokkaammalla Frontier-supertietokoneella. Tämä lisää luottamusta laskelmiin ennen rakentamisen aloittamista.
