Chodzi o projektowanie materiałów, które pozwolą przyszłym reaktorom fuzyjnym działać wydajnie i samodzielnie produkować własne paliwo. Przełomowy krok w tym kierunku wykonali badacze ze wspomnianej firmy, współpracujący z przedstawicielami Oak Ridge National Laboratory oraz Cleveland Clinic. Zespół badawczy wykorzystał hybrydowy system obliczeniowy, łączący możliwości komputerów klasycznych i kwantowych, aby przeanalizować zachowanie stopionych soli, które mogą w przyszłości pełnić kluczową funkcję w reaktorach fuzyjnych.
Czytaj też: Żel pełen energii. Nie zastąpi powerbanka, ale i tak jest przełomem
Fuzja jądrowa to potencjalne źródło niemal niewyczerpanej, czystej energii. Proces ten naśladuje reakcje zachodzące we wnętrzu gwiazd, gdzie lekkie jądra atomów łączą się, uwalniając ogromne ilości energii. W przeciwieństwie do obecnych elektrowni jądrowych opartych na rozszczepieniu atomów, fuzja nie wymaga długotrwałego przechowywania dużych ilości wysokoaktywnych odpadów i może wykorzystywać paliwa dostępne w większych ilościach. Jednak stworzenie praktycznego reaktora fuzyjnego wymaga rozwiązania wielu niezwykle skomplikowanych problemów technologicznych.
Jednym z największych wyzwań jest dostęp do trytu, czyli rzadkiego izotopu wodoru, który wraz z deuterem ma być paliwem dla przyszłych reaktorów. Deuter jest stosunkowo łatwo dostępny, między innymi w wodzie morskiej, jednak naturalne zasoby trytu na Ziemi okazują się bardzo ograniczone. Oznacza to, iż elektrownia fuzyjna przyszłości będzie musiała wytwarzać własne paliwo podczas pracy.
Rozwiązaniem może być specjalna warstwa stopionej soli otaczająca komorę reakcji. Taki płaszcz wokół plazmy miałby przechwytywać neutrony powstające podczas fuzji i wykorzystywać je do produkcji nowego trytu z litu. Jednocześnie materiał ten musiałby pełnić kilka funkcji: chronić elementy reaktora, odprowadzać ciepło i zachowywać stabilność w ekstremalnych warunkach promieniowania oraz temperatury.
Problem polega na tym, że dokładne przewidzenie zachowania takiej soli jest niezwykle trudne. W skali atomowej zachodzą złożone procesy kwantowe, których nie da się łatwo odwzorować za pomocą tradycyjnych metod obliczeniowych. Szczególnie ważne jest ustalenie, w jaki sposób tryt zachowuje się w mieszaninie soli: czy pozostaje łatwy do odzyskania, czy też wiąże się z innymi pierwiastkami, tworząc związki utrudniające jego wykorzystanie.
Czytaj też: Tak MIT omija energetyczną barierę. Światło wchodzi do procesorów, a transfery rosną
W ramach ostatniego eksperymentu naukowcy analizowali mieszaninę FLiBe, czyli stopioną sól zawierającą związki litu i berylu. Badacze podzielili skomplikowane obliczenia na mniejsze fragmenty. Klasyczne komputery zajęły się zadaniami, które dobrze radzą sobie z tradycyjnymi metodami, natomiast komputer kwantowy został wykorzystany do najbardziej wymagających fragmentów związanych z oddziaływaniami elektronów. Rezultaty takich obliczeń okazały się zgodne z najbardziej zaawansowanymi metodami klasycznymi stosowanymi obecnie w chemii obliczeniowej. Naukowcy podkreślają jednak, że jest to dopiero początkowy etap badań, a nie gotowe rozwiązanie pozwalające zbudować działający reaktor fuzyjny. Ważniejsze jest jednak coś innego: komputery kwantowe mogą stać się narzędziem pomagającym projektować materiały dla przyszłych technologii energetycznych.
Źródło: IBM
