用于控制原型聚变反应堆中等离子体形成的游戏显卡

华盛顿大学的研究人员开发了一种方法，该方法使用游戏显卡来控制原型聚变反应堆中的等离子体形成。这里显示的是反应器内部的视图：等离子体（明亮的流）从设备顶部的注射器进入，然后围绕中间可见的两个锥体组织成一个环（这里的视图是从环的侧面） .这些等离子流移动得非常快——这段视频只有千分之三秒长。图片来源：华盛顿大学 这个过程也发生在太阳中，它涉及等离子体，即由带电粒子组成的流体，被加热到极高的温度，使原子融合在一起，释放出丰富的能量。在地球上进行这种反应的一个挑战是等离子体的动态特性，必须对其进行控制以达到允许聚变发生所需的温度。现在，华盛顿大学的研究人员开发了一种利用计算机游戏行业进步的方法：它使用游戏图形卡或 GPU 来运行其原型聚变反应堆的控制系统。 “您需要等离子体具有这种水平的速度和精度，因为它们具有如此复杂的动态变化，并且以非常高的速度发展。如果你跟不上它们，或者如果你错误地预测了等离子体的反应，它们就会有一个非常糟糕的习惯，很快就会朝着完全错误的方向发展。部。 “大多数应用程序都试图在系统非常静态的区域中运行。至多你所要做的就是把东西“推”回原处，”汉森说。 “在我们的实验室中，我们正在努力开发方法，以在更动态的系统中积极地将等离子体保持在我们想要的位置。” UW 团队的实验反应堆完全在等离子体内自行产生磁场，使其可能比其他使用外部磁场的反应堆更小、更便宜。 “通过向等离子体添加磁场，您可以移动和控制它们，而无需‘接触’等离子体，”汉森说。 “例如，当来自太阳的等离子体进入地球磁场时，北极光就会发生，地球磁场会捕获它并使其向下流向两极。当它撞击大气层时，带电粒子会发光。”

华盛顿大学团队的原型反应堆将等离子体加热到大约 100 万摄氏度（180 万华氏度）。这远低于聚变所需的 1.5 亿摄氏度，但足以研究这个概念。在这里，等离子体在设备上的三个注射器中形成，然后它们结合并自然地组织成一个环形物体，如烟圈。这些等离子体只持续千分之几秒，这就是为什么该团队需要一种高速方法来控制正在发生的事情。以前，研究人员使用速度较慢或不太友好的技术来对他们的控制系统进行编程。因此，该团队转向了专为机器学习应用程序设计的 NVIDIA Tesla GPU。 “GPU 为我们提供了大量的计算能力，”主要作者、华盛顿大学航空航天系研究科学家凯尔摩根说。 “这种性能水平是由计算机游戏行业以及最近的机器学习驱动的，但这款显卡也为控制等离子提供了一个非常好的平台。”使用显卡，该团队可以微调等离子体进入反应器的方式，让研究人员更准确地了解等离子体形成时发生的情况——最终有可能使团队创造出更接近条件的寿命更长的等离子体需要受控的聚变功率。 “最大的不同在于未来，”汉森说。 “这个新系统让我们可以尝试更新、更先进的算法，这些算法可以实现更好的控制，这可以为等离子体和聚变技术打开一个新应用的世界。”本文的其他合著者是 UW 航空航天系研究科学家 Aaron Hossack；布赖恩纳尔逊，华盛顿大学电气和计算机工程系的附属研究教授；和 Derek Sutherland，他在华盛顿大学完成了博士学位，但现在是 CTFusion, Inc. 的首席执行官。这项研究由美国能源部和 CTFusion, Inc. 通过高级研究计划署能源奖资助。