O supercomputador Frontier é um dos mais poderosos do planeta. E tem uma missão: viabilizar os reatores de fusão nuclear

O supercomputador Frontier do Oak Ridge National Laboratory (ORNL), vinculado ao Departamento de Energia dos Estados Unidos, é um dos mais poderosos do planeta. Atualmente, é o segundo melhor supercomputador em escala exa, atrás de El Capitan (também nos EUA), de acordo com a classificação TOP500.

Essas máquinas estão sendo utilizadas por pesquisadores para tentar resolver alguns dos problemas mais complexos que a humanidade enfrenta. E um deles é o comportamento do plasma quando ele se encontra sob a influência de um campo magnético.

Um grupo de pesquisadores do ORNL está usando duas das ferramentas mais poderosas de que o ser humano dispõe atualmente, o supercomputador Frontier e a inteligência artificial (IA), para entender com a máxima precisão possível o comportamento caótico do plasma das estrelas. Uma observação importante antes de continuar: o plasma é um gás extremamente quente formado por partículas dotadas de carga elétrica, por isso pode ser confinado no interior de um campo magnético.

Esse conhecimento, em teoria, pode ajudar os cientistas a simular com muita precisão as supernovas, que nada mais são do que as explosões que ocorrem quando uma estrela massiva perde o equilíbrio hidrostático ao queimar a maior parte de seu combustível. Quando uma supernova é desencadeada, boa parte dos elementos químicos que a estrela produziu por meio de reações de fusão nuclear é lançada para o espaço com muita energia.

Das supernovas aos reatores experimentais de fusão nuclear

O Dr. Eliu Huerta, cientista computacional do Argonne National Laboratory que teve a oportunidade de supervisionar o trabalho dos pesquisadores do ORNL, explica por que essa iniciativa é tão importante: “Esse tipo de capacidade foi, durante muito tempo, o sonho dos astrofísicos e de muitos outros cientistas. Esta é a primeira vez que se alcança esse nível de compreensão por meio de IA para sistemas dessa complexidade [...] Quanto mais caótico é o sistema, mais difícil é simulá-lo”.

Entender com muita precisão como o plasma das estrelas se comporta é importante não apenas para ter mais informações sobre as supernovas — também é crucial para prever as erupções solares e, até mesmo, para simular a interação do campo magnético terrestre com os núcleos atômicos ionizados de alta energia que constituem a radiação cósmica. O papel do Frontier nessa pesquisa é fundamental: ele fornece a capacidade computacional exigida para o treinamento dos modelos necessários para gerar milhares de simulações detalhadas de plasma.

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No entanto, há outra aplicação na qual essa tecnologia tem capacidade de fazer a diferença: o ajuste fino de reatores de fusão nuclear. A energia nuclear comercial hoje é produzida em reatores de fissão nuclear, um processo em que os átomos são divididos para gerar energia. Os reatores de fusão, por outro lado, são todos experimentais — a ideia é aprimorá-los para que sejam usados para gerar energia de forma segura, confiável e em escala.

Podemos imaginar um reator de fusão nuclear como uma panela de pressão na qual são “cozidos” dois ingredientes essenciais: deutério e trítio. Para fazer com que os núcleos desses dois isótopos do hidrogênio se fundam e liberem o nêutron que, em última instância, vai nos permitir obter uma grande quantidade de energia, é necessário confiná-los em um plasma extremamente quente. De fato, para que esse processo aconteça, ele deve atingir uma temperatura de pelo menos 150 milhões de graus Celsius.

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Os cientistas sabem como fazer isso, portanto submeter os núcleos de deutério e trítio à pressão e à temperatura necessárias para conseguir que se fundam já não é mais um problema. O que ainda representa um desafio é conseguir manter as turbulências sob controle. Caso contrário, o plasma se desestabilizará, sua densidade nas regiões críticas será afetada e a sustentação da reação de fusão ao longo do tempo não será possível. Os mecanismos que regem esse processo são muito complexos, mas, pouco a pouco, os físicos e engenheiros que trabalham com energia de fusão estão conseguindo entendê-los melhor.

A pesquisa dos cientistas do ORNL busca compreender melhor o comportamento do plasma confinado no interior da câmara de vácuo dos reatores experimentais de fusão nuclear com um objetivo: minimizar as turbulências para que a perda de energia seja mínima. E eles estão no caminho certo. De fato, já têm pronto um sistema capaz de fornecer previsões de turbulência muito detalhadas em apenas alguns segundos, reduzindo assim os erros em mais da metade em comparação com os métodos anteriores.

Imagem: Fusion for Energy

Este texto foi traduzido/adaptado do site Xataka Espanha.