به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، نظریهپرداز همجوشی میگوید نرمافزارهای شبیهسازی همجوشی همیشه با یک «مثلث غیر ممکن» مواجه بودهاند. ابزارهای شبیهساز موجود یا دقیق اما پیچیده و از نظر رایانشی پرهزینه هستند، یا سریع اما غیر قابل اعتماد، و یا ساده، ولی در حدی ساده که نمیتوانند امکان برونیابی دقیق و طراحی نسل جدید رآکتورها را فراهم کنند.
اما به گفته او حالا به نقطه عطف رسیدهایم، چون به لطف پیشرفتهای ریاضی و هوش مصنوعی، عملکرد بیش از یک دوجین مدل طراحی و تحلیل فیزیکی بهشدت بهبود یافته است.
شیه در ماه آوریل شرکت نوپای ولوآلفا (VeloAlpha) را در پکن تاسیس کرد و در این شرکت شبیهسازی به نام فیوژنآلفا (FusionAlpha) برای کمک به آزمایش و ارزیابی طرحهای مختلف ساخت رآکتور بر روی رایانه (قبل از انجام آزمایشهای فیزیکی پرهزینه) طراحی گردید.
وی این شبیهساز را به نرمافزار خودکارسازی طراحی الکترونیکی (EDA) در صنعت نیمرسانا تشبیه نموده است که سازندگان تراشه با استفاده از آن، طرحها را مدتها قبل از رفتن به کارخانه ریختهگری ویفر آزمایش و بهینه میکنند.
همجوشی همان واکنشی است که در خورشید و ستارگان دیگر اتفاق میافتد. هنگامی که هستههای اتمهای سبک تحت فشار بسیار زیاد با هم ادغام میشوند، مقادیر عظیمی انرژی آزاد میگردد. برای بازسازی این فرایند کیهانی بر روی زمین، باید بتوانیم سوخت را آنقدر گرم کنیم تا به گاز فوقالعاده داغ و دارای بار الکتریکی یا همان پلاسما تبدیل شود، و آن را به اندازه کافی پایدار نگه داریم تا واکنش ادامه یابد.
مهمترین دستگاهی که برای این کار طراحی شده توکامک است: یک محفظه دونات مانند غولپیکر که پلاسما را با استفاده از میدانهای مغناطیسی قدرتمند به دام میاندازد و کنترل میکند. اما طرحای مختلف دیگری هم پیشنهاد شدهاند. مثلا پژوهشگران هماکنون مشغول آزمایش مسیرهای مغناطیسی پر پیچ و تاب موسوم به استلراتور، لولههای مغناطیسی مستقیم، و لیزرهای پرقدرت نیز هستند.
در هر صورت، نوع طراحی هر چه که باشد، چالشهای بسیار بزرگی پیش روی این صنعت قرار دارد: حفظ و تداوم واکنشها، مدیریت گرما و تابش فوقالعاده شدید، تامین پایدار سوخت برای انجام و ادامه واکنش، و تولید برق با هزینهای که قادر به رقابت با منابع انرژی موجود باشد. تا به امروز تلاش برای عبور از این موانع، مستلزم اجرای آزمایشات فیزیکی مکرر و بسیار پرهزینه بوده است و نرمافزارها نتوانستهاند همیشه مفید و کمکرسان باشند.
دانشمندان سالها برای شبیهسازی این واکنشها به نرمافزارهای فیزیکی بسیار پیچیده با جزئیات فوقالعاده زیاد متکی بودند. این نرمافزارها دقت مناسبی دارند، ولی اجرای آنها بسیار زمانبر و پرهزینه است.
از سوی دیگر ابزارهای جدید مبتنی بر هوش مصنوعی (مانند ابزار شبیهسازی گوگل دیپمایند) محاسبات را خیلی سریعتر انجام میدهند، ولی کمتر قابل اعتماد هستند؛ و مدلهای سادهتر هم فقط میتوانند راهنماییهای تقریبی ارائه دهند.
شیه متخصص فیزیک پلاسما و فارغالتحصیل دانشگاه ژجیانگ است و تحقیقات پسادکتری خود را نیز در دانشگاه پکن انجام داده، و مصمم است که این تنگنای نرمافزاری را برطرف کند.
او پیش از این به عنوان پژوهشگر ارشد جنبههای نظری و شبیهسازی همجوشی در موسسه تحقیقات ئیانان انرژی (ENN Energy Research Institute) که از پیشگامان بخش خصوصی چین در حوزه همجوشی محسوب میشود، فعالیت داشته و بخش عمدهای از دوران کاریاش را صرف طراحی ابزارهای ریاضی و نرمافزاری برای مدلسازی پلاسمای همجوشی کرده است.
وی میگوید فیوژنآلفا با استفاده از روشهای ریاضی جدید که قوانین فیزیک را رعایت میکنند، اما تاخیر یا نهفتگی دیجیتال (digital lag) را از بین میبرند، محدودیتهای سنتی را در هم شکسته است و ادعا میکند که برخی از کارکردهای اصلی نرمافزارش میتوانند ۱۰۰ تا ۱۰ هزار برابر سریعتر از پیشرفتهترین کدهای مورد استفاده در صنعت همجوشی اجرا شوند.
شیه میافزاید که با وجود این سرعت سرسامآور، نرمافزارش توانسته میزان خطا را در محاسبات محک (benchmark) در حد زیر ۵ درصد نگه دارد، و البته این اعداد باید توسط متخصصان دیگر هم مورد بررسی قرار گرفته و تایید شوند.
ولوآلفا قصد دارد اولین نسخه شبیهسازی کل فرایند را، که از نقطه تنظیمات توکامک شروع میشود، سال آینده عرضه کند. در حال حاضر چندین ماژول اصلی این نرمافزار به شکل متنباز منتشر شدهاند که اقدامی راهبردی با هدف جذب کاربران و جلب اعتماد صنعت همجوشی به شمار میرود.
شیه امیدوار است که با گذشت زمان، فیوژنآلفا به پلتفرم استاندارد طراحی برای شرکتهای نوپا، آزمایشگاههای دولتی و تامینکنندگان سختافزار همجوشی تبدیل شود.
سرمایهگذاران هم به این چشمانداز روی خوش نشان دادهاند. ولوآلفا اخیرا یک دور جذب سرمایه مرحله کشت ایده به مبلغ دهها میلیون یوآن را با مشارکت شرکت سرمایهگذاری خطرپذیر لونگسون (Loongson Venture Capital)، شرکت سرمایهگذاری خطرپذیر اوفانگ آنجل (Oufang Angel) وابسته به دانشگاه ژجیانگ، و یک صندوق تحت حمایت دولت که توسط لجند کاپیتال (Legend Capital) مدیریت میشود، به پایان رساند. به گفته شیه، دور بعدی تامین مالی هم نزدیک به اتمام است.
ظهور این شرکت نوپا با تغییرات مهمی در بخش همجوشی چین همزمان شده، و این بخش در حال گذار از تلاشهای تحقیقاتی عمدتا دولتی به سمت یک زیستبوم گستردهتر تجاری است.
پکن در برنامه پنج ساله پانزدهم خود رسما هیدروژن و همجوشی هستهای را به عنوان «صنایع آینده» مد نظر برای رشد پرریسک ولی سرنوشتساز معرفی کرده و آنها را در کنار حوزههای راهبردی مانند فناوری کوانتومی، فرآوری زیستی، واسطهای مغز و رایانه، هوش مصنوعی مجسم (embodied AI) و نسل ششم شبکه مخابرات سیار (6G) قرار داده است.
این سیاستگذاری دولت، سیگنال قدرتمندی برای بخش خصوصی بود و موجی از سرمایهگذاریهای خطرپذیر را به راه انداخت. شرکتهای نوپای تجاری فعال در زمینه همجوشی مانند استارتوروس فیوژن (Startorus Fusion)، انرژی سینگیولاریتی (Energy Singularity)، نوا فیوژن (Nova Fusion) و دونگشنگ فیوژن (Dongsheng Fusion) سرمایههای هنگفت و مبالغ فزایندهای را جذب میکنند، و تامینکنندگان تجهیزات مغناطیسی یا مگنتها، سامانههای تامین نیرو و مواد پیشرفته نیز بهسرعت مشغول تثبیت جایگاه خود در این زیستبوم هستند.
اگر چه هنوز آینده همجوشی تجاری بسیار مبهم و نامشخص است، ولی جذابیت راهبردی آن را نمیتوان انکار کرد.
شیه میگوید 5 تا 10 سال آینده، دورهای حیاتی برای همجوشی خواهد بود؛ و آینده همجوشی فقط در فولاد و بتن خلاصه نمیشود، بلکه پیش از هر چیز، با کدهای نرمافزاری با دقت بالا رقم میخورد.
منبع: scmp
