Kvantu datori pārplāno tritija ražošanu ar FLiBe sāli

Iedomājieties baseinu ar mirdzošu kausētu sāli, kas klāj kodolsintēzes reaktora iekšējo sienu, klusējot uztver spēkus pilnos neitronu triecienus un pārvēršot tos par degvielu, kāda reaktoram būs nepieciešama. Šī bilde vairs nav tikai zinātniskā fantastika. Tā ir skice centrā jaunam sadarbības projektam, kurā tika izmantoti kvantu datori, lai pārplānotu, kā mēs varētu ražot tritiju mērogā.

Komercdizainos kodolsintēzei, īpaši tokamakos, gandrīz vienmēr plāno dedzināt deiteriju un tritiju. Deiterijs ir visur, izšķīdis jūras ūdenī. Tritijs ir cita lieta. Tas ir radioaktīvs, uz Zemes tas ir reti sastopams un tam ir īss pussabrukšanas laiks, tāpēc reaktori nevar paļauties uz dabiskajiem resursiem. Lai kodolsintēze būtu praktiska, inženieriem jāražo tritijs pašā reaktorā.

Sāls, neitroni un sacensība ar trūkumu

Viens no vadošajiem kandidātiem šim uzdevumam ir FLiBe, kausēts sāls, kas izgatavots no litija fluorīda un berilija fluorīda. Kad ātri neitroni no sintēzes plazmas triec litija kodolos FLiBe, kodolķīmija var radīt tritiju. Izklausās vienkārši. Tas nav. Produktu precīza elektroniskā struktūra un molekulārā saistība nosaka, cik efektīvi tritijs veidojas un cik viegli tas izdalās, lai to varētu savākt.

Līdz šim šīs mikroskopiskās detaļas bija cītīgi nepieejamas. Klasiskās simulācijas saskārās ar robežu, mēģinot modelēt sarežģītās kvantu mijiedarbības, kas nosaka saišu stiprumu un elektronu uzvedību reaktora apstākļos. Tāpēc vairākinstitūciju komanda izvēlējās citu ceļu. Viņi pielāgoja kvantu simulācijas paņēmienus, sākotnēji izmantotus proteīnu ģeometrijas pētījumos zāļu izstrādē, un apmācīja tos atommēroga problēmām kodolsintēzes materiālos.

Pētnieki no Cleveland Clinic, Oak Ridge National Laboratory, IBM Research at Thomas J. Watson Center un Michigan State University palaida šos kvantu modeļus un atgriezās ar kaut ko negaidītu: deviņām atšķirīgām molekulārajām konfigurācijām, kas saistītas ar FLiBe un tritija ķīmiju. Deviņi. Ne vien no viena atbilde, bet saraksts ar stabiliem kandidātiem, uz kuriem eksperimenti tagad var koncentrēties.

Kāpēc tas ir svarīgi? Jo katram kandidātam ir atšķirīgs saišu stiprums, stabilitāte un ticamais tritija ražīgums. Izvēloties labākos ceļus iepriekš, meklēšana tiek būtiski sašaurināta. Tā vietā, lai veiktu dārgus un laikietilpīgus izmēģinājumus un kļūdu metodi karsto šūnu eksperimentos, laboratoriju komandas var prioritizēt sološākās ķīmijas. Tas ietaupa naudu un samazina risku.

Tas nav slēdzis, ko var uzreiz pārslēgt uz rūpniecisku tritija ražošanu. Darbs joprojām ir simulāciju posmā; modeļiem nepieciešama validācija reālos, reaktoram līdzīgos apstākļos. Tomēr pāreja ir nozīmīga. Kvantu skaitļošana pārvērtās no nišas rīka teorētiskajā fizikā par praktisku materiālu atklāšanas paātrinātāju vienam no mūsu laika steidzamākajiem enerģētikas izaicinājumiem.

Īss teikums. Liela nozīme. Ja tās deviņas konfigurācijas izturēs testēšanu, kodolsintēzes projektētājiem būs skaidrāka karte, kā būvēt tritija radītāju slāņus, kas patiešām piegādā degvielu, ne tikai cerību. Un tas būtu konkrēts solis pretī reaktoriem, kas ir ne tikai jaudīgi, bet arī pašpietiekami.