Ігрові технології прискорили аналіз термоядерних реакторів

Південнокорейські дослідники розробили інноваційний алгоритм, який прискорює прогнозування зіткнень високоенергетичних частинок у термоядерних реакторах у 15 разів, скорочуючи необхідні обчислення на 99,9%.

Досягнення належить науковцям з Ульсанського національного інституту науки і технологій (UNIST). Новий метод базується на технологіях виявлення зіткнень, що використовуються у відеоіграх. Це нестандартне рішення має значний потенціал для прискорення проектування та підвищення стабільності майбутніх термоядерних реакторів.

Дослідники кардинально змінили підхід до моделювання поведінки частинок. Замість постійного обчислення всього простору реактора, як це робилося раніше, новий алгоритм активується лише при високій імовірності зіткнення. Такий вибірковий підхід суттєво зменшує обчислювальне навантаження.

Практичне застосування в сучасних термоядерних дослідженнях

Професор Ейсунг Юн та його команда з успіхом застосували свій алгоритм до віртуального KSTAR (V-KSTAR). “Це досягнення дозволяє покращити візуалізацію розподілу світлового потоку в оптичному діагностичному обладнанні і підтримує аналіз збурень магнітного поля”, – підкреслив професор Юн, демонструючи практичне значення розробки.

V-KSTAR є складною цифровою копією південнокорейського експерименту з термоядерного синтезу KSTAR. Віртуальне моделювання має вирішальне значення для оптимізації роботи реального реактора. Новий алгоритм значно розширює можливості цієї цифрової платформи.

Термоядерний синтез передбачає інжекцію високоенергетичних нейтральних частинок для нагрівання плазми до температури у мільйони градусів Цельсія. “Якщо деякі з цих частинок відхиляються від визначених шляхів і зіштовхуються зі стінкою реактора, вони можуть спричинити пошкодження або порушити процес термоядерного синтезу”, – пояснюють дослідники.

Відстеження таких частинок є критично важливим завданням. Традиційний метод Octree потребував величезних обчислювальних ресурсів для моніторингу близько 300 000 частинок, що взаємодіють з 70 000 трикутниками стінок реактора. Новий алгоритм скорочує цей обсяг обчислень на 99,9%, забезпечуючи при цьому вищу точність.

Інноваційний підхід та перспективи розвитку

Ключова перевага нового методу полягає в його вибірковості. На відміну від методу Octree, який постійно виконує обчислення по всьому простору, розроблена система активує свою обчислювальну потужність лише за необхідності. Це дозволяє ефективніше використовувати ресурси.

Додаткове вдосконалення стосується способу моделювання стінок реактора. “Розбиття зони зіткнення на трикутники полегшує обчислення точок перетину траєкторій частинок з поверхнями стінок, навіть у складних тривимірних формах конструкцій термоядерних реакторів”, – зазначають автори дослідження.

Алгоритм візуалізує зони концентрації тепла на внутрішній стінці реактора. Це дозволяє інженерам без спеціальних знань інтуїтивно визначати проблемні ділянки. Таке наочне представлення даних спрощує процес прийняття рішень при проектуванні.

Переваги цієї технології виходять далеко за межі просто обчислювальної ефективності. Швидше та точніше виявлення потенційних зіткнень безпосередньо впливає на безпеку термоядерних реакторів. Здатність передбачати проблемні ситуації дозволяє значно підвищити стабільність роботи цих складних систем.

Дослідницька група планує розвивати технологію далі. “Ми плануємо подальші дослідження на основі суперкомп’ютерів з графічним процесором, які забезпечують вищу швидкість обробки, ніж звичайні комп’ютери з центральним процесором”, – підсумував професор Юн.

Використання графічних процесорів (GPU) для таких обчислень є логічним продовженням розробки, оскільки ці апаратні засоби спеціально створені для паралельних обчислень, подібних до тих, що використовуються в моделюванні фізичних процесів. Це обіцяє ще більше прискорення моделювання термоядерних реакторів у майбутньому.

Результати дослідження були опубліковані в престижному науковому журналі Computer Physics Communications, що свідчить про високу оцінку цієї інновації науковою спільнотою.