ZNANSTVENICI su po prvi put iskoristili kvantna superračunala kako bi identificirali kemijska svojstva materijala ključnog za proizvodnju goriva za nuklearnu fuziju.

Ovaj napredak predstavlja najnoviji dokaz da bi visokotehnološke simulacije mogle pomoći fizičarima u svladavanju jedne od najvećih prepreka na putu prema fuzijskoj energiji, piše ScienceAlert.

Jedan od glavnih izazova za iskorištavanje energije nuklearne fuzije jest osiguravanje izvora goriva. Većina predloženih fuzijskih reaktora, poznatih kao tokamak reaktori, za rad koristi fuziju tricija i deuterija.

Oba su izotopi vodika, no dok je deuterij stabilan, tricij je radioaktivan i na Zemlji ga gotovo i nema. U prirodi se u tragovima pojavljuje jedino u atmosferi, gdje nastaje kao posljedica djelovanja kozmičkih zraka. Ako znanstvenici pronađu učinkovit način za njegovu proizvodnju, fuzija bi mogla postati održiv izvor energije.

Novi računalni pristup

Istraživači s Cleveland Clinic, Nacionalnog laboratorija Oak Ridge, IBM-ovog istraživačkog centra T.J. Watson i Sveučilišta Michigan State okrenuli su se superračunalima.

Primijenili su kvantno-centričnu superračunalnu tehniku koju Cleveland Clinic inače koristi za simulaciju konfiguracija proteina. Pomoću nje su identificirali devet različitih molekularnih konfiguracija tvari nazvane FLiBe, rastaljene soli sastavljene od litijevog fluorida i berilijevog fluorida.

FLiBe je glavni kandidat za materijal od kojeg bi se unutar fuzijskog reaktora, u takozvanom oplodnom omotaču, na ekstremno visokim temperaturama proizvodio tricij. Neutroni iz fuzijske plazme udarali bi u taj omotač i tako stvarali nove zalihe goriva.

Napredak u istraživanju, ne i konačno rješenje

Znanstvenici koji se zalažu za fuzijsku energiju ističu je kao čist izvor energije jer ne ispušta stakleničke plinove i proizvodi znatno manje radioaktivnog otpada od nuklearne fisije.

Unatoč tome, fuzija se dosad suočavala s brojnim tehnološkim preprekama koje su je ograničavale na laboratorijske uvjete. Tek krajem 2022. godine znanstvenici su prvi put postigli pozitivnu energetsku bilancu, proizvevši više energije nego što je uloženo u pokretanje reakcije, a nedavno su postavljeni i novi rekordi u održavanju vruće plazme.

Trenutačno istraživanje prvenstveno služi kao provjera mogu li se kvantna računala pouzdano koristiti za rješavanje problema proizvodnje tricija. Rezultati su obećavajući, no to ne znači da je problem već riješen.

Zasad se radi samo o simulacijama koje će se tek morati testirati u laboratoriju. Ipak, ovaj je proces omogućio znanstvenicima da bolje razumiju elektronsku strukturu FLiBe-a, ponašanje atoma i snagu molekularnih veza unutar tricija. To znači da mogu unaprijed identificirati konfiguracije koje vrijedi dalje istraživati, štedeći tako vrijeme i novac na skupim eksperimentima koji možda ne bi doveli do rezultata.

Budućnost fuzijskih istraživanja

"Kvantna računala ključni su alati koji ubrzavaju procese istraživanja i projektiranja nužne za proizvodnju tricija u količinama dovoljnim za pogon fuzijskih reaktora", objasnio je Tom Beck, računalni kemičar iz Nacionalnog laboratorija Oak Ridge.

Njegov kolega Jerry Chow, eksperimentalni istraživač kvantnog računalstva u IBM-u, dodao je: "Ovi rezultati pridonose sve većem broju dokaza da je superračunalstvo usmjereno na kvantne principe sada praktičan znanstveni alat za rješavanje problema koji već dugo predstavljaju izazov za kemičare, inženjere i znanstvenike koji se bave materijalima. Kako se kvantna računala budu razvijala, budućnost je sve obećavajuća."

Predispis istraživanja dostupan je na platformi arXiv.