Ana Sayfa Makale Yeşeren Teknoloji Grafik kartı (GPU) ile füzyon enerjisi kontrol altında

Grafik kartı (GPU) ile füzyon enerjisi kontrol altında

Nükleer enerji denilince ilk akla atom çekirdeklerinin ayrışması olan “fisyon” olayı gelmektedir. Bilindiği gibi bu tür nükleer enerjide oluşan veya kullanılan atomlar radyoaktif özellik sergiler ve de çevreye en zararlı bileşen olarak karşımıza çıkmaktadır. Buna karşın atom çekirdeklerinin kaynaşması olan “füzyon” ile elde edilen nükleer füzyon enerjisi dünyanın en temiz ve güvenli enerjisi olarak nitelenmektedir.

Füzyon, fisyon nükleer reaktörlerine göre daha az nükleer atık üretir ve daha az radyasyon yayar.  Doğal bir füzyon reaktörü (tokamak) olan Güneş, yüksek sıcaklarda yüklü parçacıklı sıvı plazmalarda atomların birleşmesiyle bol miktarda enerji açığa çıkar. Plazmaların dinamik doğası nedeniyle bu reaksiyonları Dünya’da gerçekleştirilmesi yüksek sıcaklıklarda çalışıldığı için yüksek teknoloji gerektirmesi ve oldukça maliyetli olmasından dolayı zordur. Atomların kaynaşabilmesi için son derece yüksek bir sıcaklığa ihtiyaç duyulur. 

Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bilgisayar oyun endüstrisindeki gelişmelerden yararlanarak bir metot geliştirdiler: Prototip tokamakların kontrol sistemini çalıştırmak için grafik kartı (GPU) kullanılabilir. Tamamen bir Nvidia Tesla P40 grafik kartı üzerinde çalışan kontrol yazılımı, reaksiyon sürecindeki sıcaklık sayısal girdilerini alabilir ve minimum 12,8 µs kontrol döngüsü süresiyle Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) kontrolörüne tepki sinyalleri gönderebilir1.

Morgan ve çalışma arkadaşları bu çalışmadan elde ettiği sonuçları Review of Scientific Instruments dergisinde yayınladı. Washington Üniversitesi‘nin Havacılık ve Uzay Bilimleri bölümünde çalışan araştırmacı bilim insanı Chris Hansen: “Plazmalardaki bu hız ve hassas düzeye ihtiyacımız var. Çünkü çok yüksek hızlarda gelişebilen karmaşık bir dinamiğe sahiptirler. Plazmaların nasıl tepki vereceğini yanlış tahmin ederseniz, çok hızlı bir şekilde tamamen yanlış yöne gitme gibi kötü bir alışkanlıkları vardır. Laboratuvarımızda plazmayı kontrol altında tutabilmek için daha fazla dinamik sistem orijinli yeni yöntemler geliştirmeye çalışıyoruz.” dedi.

Washington Üniversitesi ekibinin deneysel reaktörleri, plazmada bir manyetik alan oluşturdu. Bu sebeple dışarıdan manyetik alan uygulayan diğer reaktörlere göre küçüktür ancak maddi açıdan daha uygundur.

Şekil 1: Tokamakta plazma oluşumu2.

Araştırmacılar, prototip tokamaklarda plazma oluşumunu kontrol edebilmek için GPU kullanarak yeni bir yöntem geliştirdiler.  Şekil 1 reaktörün içinden bir görüntüdür. Plazma (parlak kısımlar) cihazın üstündeki enjektörlerden girer. Daha sonra toroitin içinde orta kısımdaki iki koninin etrafında halka şeklini alarak bu akışı sürdürmeye devam eder. Plazma akışları çok hızlı şekilde hareket etmektedir (Şekil 2). Hansen, “Manyetik alan sayesinde plazmalar, dokunulmadan hareket ettirilebilir ve kontrol edilebilir. Bu tıpkı güneşten gelen plazmanın Dünya’nın manyetik alanına girdiğinde atmosfere çarpan yüklü parçacıkların ışık yaymasına (Aurora oluşması) benzer.”

Şekil 2: Tokamak içinde plazma hareketi3.

Araştırmacıların prototip reaktörü, plazmayı yaklaşık 1 milyon ˚C’ye kadar ısıttı. Bu sayı füzyon için gerekli olan 150 milyon ˚C’nin altındaydı. Plazmalar, üç enjektör ile oluşur. Bunların birleşerek duman halkası şeklini alması için geçen süre ise saniyenin sadece binde biri kadardır. Bu kısacık sürede neler olup bittiğini kontrol edebilmek için daha gelişmiş bir yönteme ihtiyaç vardı. 

NVIDIA Tesla Grafik Kartı

GPU, bilgisayar ve oyun konsollarında grafik yaratımı için kullanılan özel elektronik bir devredir4. Washington Üniversitesi’nde araştırmacı bilim insanı Kyle Morgan, “GPU’lar, bizlere bilgiyi daha hızlı işleme olanağı sağlar. Bilgisayar oyun endüstrisinde sergilediği harika performansıyla bu grafik kartları, artık plazmaları da kontrol etmek için kullanılabilir.”

Grafik kartları, reaktör içinde çok kısa zamanlarda oluşan ve gelişen plazmalarda neler olup bittiğine dair kesin ve çok hızlı cevaplar veriyor. Füzyon için gerekli koşullarda daha uzun ömürlü plazmalar oluşmasına yardımcı oluyor. Hansen grafik kartları için şu sözlerini dile getirdi. “En büyük fark gelecek içindir. Bu yeni sistemle plazmalar daha iyi şekilde kontrol ediliyor ve gelişmiş algoritmaları denememize izin veriyor. Ayrıca plazma ve füzyon teknolojisi için yeni uygulamaların kapısını açabilir.” 

 

Kaynaklar

  1. K. D. Morgan, A. C. Hossack, C. J. Hansen, B. A. Nelson, and D. A. Sutherland , “High-speed feedback control of an oscillating magnetic helicity injector using a graphics processing unit”, Review of Scientific Instruments 92, 053530 (2021) https://doi.org/10.1063/5.0044805
  2. https://phys.org/news/2021-07-gaming-graphics-card-faster-precise.html
  3. https://scitechdaily.com/science-made-simple-what-is-a-tokamak/
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Graphics_processing_unit

Yorum Yap

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Son Yazılar

Son Yorumlar