La computación en grid abre nuevas líneas de investigación en fusión

En el CIEMAT se está trabajando en este campo de investigación, gracias a la máquina de fusión TJ-II, un stellerator, que está ubicada en el centro de Madrid

La Fusión podría convertirse en la fuente de energía clave para el futuro, puesto que su combustible es virtualmente inagotable y sus impactos ambientales son bajos. Especialmente, hay que tener en cuenta que no emite gases de efecto invernadero y no genera residuos radiactivos de alta actividad. En el CIEMAT se está trabajando en este campo de investigación, gracias a la máquina de fusión TJ-II, un stellerator, que está ubicada en el centro de Madrid, y que permite obtener mediciones que contribuyen de forma relevante al proyecto ITER.

Sin embargo quedan todavía más de dos décadas hasta que los reactores de fusión viertan kilowatios-hora a la red eléctrica y puedan funcionar de forma comercial. Son todavía necesarias investigaciones tanto en le campo de la física del plasma como en la ciencia de materiales para que llegue ese momento. La teoría y la simulación son herramientas claves, en tanto no se disponga del gran tokamak ITER para realizar experimentos. Una disciplina muy importante para avanzar en el conocimiento de las propiedades de los plasmas sometidos a las condiciones de un reactor es la Física Computacional y, por tanto, es imprescindible el uso de gran potencia de cálculo, procedente bien de superordenadores como el Mare Nostrum, bien de la grid de computación.

Las arquitecturas grid permiten la resolución de problemas que demanden gran cantidad de cálculo de forma distribuida, posiblemente con fuertes requerimiento de almacenamiento de datos en cada procesador, mientras que los superordenadores podrían dedicarse a problemas que requieran más comunicación entre procesadores.

Las tecnologías grid se están usando ya para realizar cálculos distribuidos en Fusión. El plasma se simula calculando por separado y directamente el comportamiento microscópico de las partículas que lo integran. En lugar de resolver una ecuación cinética en 5 dimensiones mediante procedimientos basados en diferencias finitas, se calculan las trayectorias de los iones confinados en los dispositivos de fusión, tan complejos como el stellarator TJ-II del CIEMAT. En la simulación de las trayectorias se pueden añadir los efectos que se deseen, como las colisiones con las otras especies presentes en el plasma, el campo eléctrico, siempre existente y con fuerte influencia sobre el confinamiento, o el calentamiento por la interacción estocástica con un campo de microondas. Esta técnica permite, de entrada, calcular el transporte colisional evitando las aproximaciones que se hacen en estos cálculos. Por ejemplo, se supone que el transporte es difusivo y que los tamaños de las trayectorias son pequeños entre colisión y colisión. Estas aproximaciones podrían no cumplirse en un reactor de fusión, una de cuyas características será la baja colisionalidad. Otro elemento muy importante de esta forma de cálculo es que no es necesario suponer ninguna simetría en el sistema, por lo que se pueden calcular la distribución tridimensional de los flujos de energía y partículas. De esta forma se pueden identificar aquellos puntos preferentes de fugas y las zonas de la pared del dispositivo hacia donde se producen las fugas y que, por tanto, sufrirán más. Esto permitirá buscar medios de protección de esos puntos calientes y buscar estrategias para dirigir los flujos de calor y partículas hacia los puntos de la pared más apropiados.

Tras la simulación de los iones del TJ-II, en el presente se está abordando la simulación de los plasmas del ITER.


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