ساخت بهترین ابر رایانه جهان برای شبیه‌سازی رآکتورهای هسته‌ای

به گزارش گروه دانش و فناوری، 

قدرتمندترین ابررایانه جهان موسوم به آرورا(Aurora) در ایالات متحده در حال ساخت و راه‌اندازی است تا به دانشمندان در آزمایشگاه ملی آرگون(ANL) کمک کند رآکتورهای هسته‌ای جدیدی را شبیه‌سازی کنند که کارآمدتر و ایمن‌تر از پیشینیان خود هستند.

ایالات متحده در حال حاضر میزبان برخی از سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان است. این ابررایانه‌ها می‌توانند نقش‌های محاسباتی مختلفی را بر عهده بگیرند. به عنوان مثال ماه گذشته گزارش شد که چگونه آزمایشگاه ملی لوس آلاموس(LANL) قصد دارد از یک ابررایانه برای بررسی ذخایر هسته‌ای ارتش ایالات متحده استفاده کند.

با این حال، نقش برنامه‌ریزی شده‌ی آرورا بسیار متفاوت است، زیرا به بهبود فرآیند شکافت هسته‌ای در رآکتورهایی که در حال حاضر یک پنجم برق ایالات متحده را تامین می‌کنند، می‌پردازد. مهم‌تر از آن، منبع انرژی هسته‌ای تقریباً نیمی از برق بدون کربن ایالات متحده را تشکیل می‌دهد، زیرا به نظر می‌رسد انتشار کربن را کاهش دهد.

ابررایانه آرورا چقدر قدرتمند است؟

آزمایشگاه ملی آرگون از ابررایانه پولاریس(Polaris) برای شبیه‌سازی‌های خود استفاده می‌کند. پولاریس یک ماشین ۴۴ پتافلاپی است که می‌تواند ۴۴ کوادریلیون محاسبه را در هر ثانیه انجام دهد. از سوی دیگر، آرورا برای بیش از دو اگزافلاپس از ظرفیت محاسباتی طراحی شده است که به این ماشین اجازه می‌دهد در هر ثانیه دو کوئینتیلیون محاسبه را انجام دهد که ۵۰ برابر قدرتمندتر از سیستم فعلی است.

اگرچه انتظار می‌رفت این سیستم تاکنون عملیاتی شده باشد، اما مشکلات تولیدی، تکمیل آن را به تاخیر انداخته است. هنگامی که آرورا آماده شود، سریع‌ترین ابررایانه جهان می‌شود.

دیلون شیور، مهندس هسته‌ای در آزمایشگاه ملی آرگون می‌گوید: آنچه واقعاً در مورد آرورا جدید است، مقیاس و تعداد شبیه‌سازی‌هایی است که می‌توانیم با آن انجام دهیم.

آرورا چه خواهد کرد؟

شیور و همکارانش قصد دارند از توانایی محاسباتی آرورا برای رسیدگی به میلیاردها ناشناخته در یک شبیه‌سازی استفاده کنند. این تیم قصد دارد جزئیات سطح بالایی از فرآیندهای درون هسته رآکتور را به تصویر بکشد تا طرح‌های جدید رآکتور را بدون انجام آزمایش‌های گران‌قیمت انجام دهد. این ابررایانه در نهایت به سازندگان رآکتور در تایید و صدور مجوز طرح‌های خود کمک می‌کند.

پژوهشگران در شبیه‌سازی‌های خود به چرخش‌ها و گرداب‌های گرما که به عنوان تلاطم نیز شناخته می‌شوند، در اطراف میله‌های سوخت برای مدل‌سازی خواص انتقال حرارت رآکتور نگاه می‌کنند. افزایش تلاطم می‌تواند به انتقال حرارت کمک کند، اما این فرآیند به انرژی بیشتری نیز نیاز دارد.

در رآکتورهای سریع خنک‌شده با سدیم، آشفتگی می‌تواند منجر به تشکیل گرداب‌هایی شود که گرداب‌های کوچکی از گرما هستند که می‌توانند ترکیب شده و منجر به لرزش میله‌های سوخت شوند. گروه تحقیقاتی از دینامیک سیالات همراه با مکانیک ساختاری رآکتور و عملکرد سوخت در شبیه‌سازی‌های خود در مقیاس اگزا استفاده خواهند کرد.

این گروه از «محیط شبیه‌سازی شیء‌گرا چندفیزیکی»(MOOSE) برای در دسترس قرار دادن مدل‌سازی و شبیه‌سازی در اختیار بسیاری از پژوهشگران استفاده خواهد کرد. در حالی که MOOSE امکان تکمیل سریع‌تر شبیه‌سازی‌ها را فراهم می‌کند، مهارت محاسباتی آرورا آن را قادر می‌سازد تا در کنار یک حل‌کننده دینامیک سیالات محاسباتی(NekRS) اجرا شود و حتی کوچک‌ترین جزئیات را نیز شبیه‌سازی کند.

شیور می‌گوید: این دینامیک‌های مقیاس کوچک واقعاً مهم هستند، زیرا با هم ترکیب می‌شوند تا رفتار مقیاس بزرگ انتقال گرما در رآکتور را به ما ارائه دهند. ما باید تا جایی که می‌توانیم بنیادی نگاه کنیم تا مطمئن شویم بهترین پاسخ‌ها را می‌گیریم.

انتهای پیام