RW Space

Когда дело доходит до многообещающих форм энергии, ядерный синтез отвечает всем требованиям: он чистый, обильный, непрерывный и безопасный.

Он образуется, когда легкие ядра двух атомов сливаются вместе, образуя более тяжелое ядро, выделяя при этом большое количество энергии.

Для термоядерного синтеза Чтобы реакции протекали контролируемым образом, необходимы огромные реакторы в виде гигантских колец, наполненных магнитами для создания магнитных полей, в которых атомные частицы летают и танцуют, как рой пчел.

Трудно представить? Хорошей новостью является то, что теперь вы можете просмотреть живую симуляцию такого типа реактора, называемого токамаком, благодаря потрясающе реалистичной технологии 3D-визуализации.

В EPFL Лаборатория экспериментальной музеологии (EM+) специализируется на этой технологии и разработала программу, которая превращает терабайты данных, полученных в результате моделирования и испытаний токамака, проведенных Швейцарским плазменным центром (SPC) EPFL, в захватывающую трехмерную визуализацию.

Для широкой публики визуализация — это путешествие в кольцо фейерверков, иллюстрирующее возможный будущий источник энергии; для ученых это ценный инструмент, который делает сложные явления квантовой физики осязаемыми и помогает им понять результаты своих расчетов.

Изображения настолько точны, что показывают износ

3D-визуализация — панорама высотой 4 метра и диаметром 10 метров — представляет собой точное воспроизведение внутренней части токамака переменной конфигурации (TCV) EPFL, представленное с такой потрясающей детализацией, что оно может соперничать даже с игровой процесс высочайшего качества.

Экспериментальный реактор был построен более 30 лет назад и до сих пор является единственным в своем роде в мире.

«Мы использовали робота для создания сверхточных сканов внутренней части реактора, которые затем скомпилировали для создания 3D-модели, повторяющей его компоненты вплоть до их текстуры», — говорит Сами Маннейн, ученый-компьютерщик из EM+.

«Мы даже смогли зафиксировать износ графитовых плиток, облицовывающих стены реактора, которые подвержены воздействию чрезвычайно высоких температур во время тестовых запусков TCV.»

Инженеры SPC предоставили уравнения для расчетов как именно движутся квантовые частицы в данный момент времени. Затем исследователи EM+ включили эти уравнения вместе с данными реактора в свою систему 3D-визуализации. Загвоздка в том, что все расчеты должны выполняться в реальном времени.

«Чтобы создать одно изображение, система должна рассчитать траектории тысяч движущихся частиц со скоростью 60 раз в секунду для каждого глаза», — говорит Маннейн.

Эта тяжелая обработка чисел выполняется пятью компьютерами с двумя графическими процессорами. каждый, который EM+ приобрела для этого проекта. Выходные данные компьютеров подаются на пять проекторов панорамы 4K.

«Мы смогли создать нашу систему благодаря достижениям в области инфографических технологий», — говорит Сара Кендердайн, профессор, возглавляющий ЕМ+. «Это было бы невозможно даже пять лет назад».

Результат реалистичный изображения потрясающего качества. Вы можете увидеть устройство для ввода частиц в токамак, а также графитовые плитки, способные выдерживать температуру более 100 миллионов градусов Цельсия.

И масштаб все это впечатляет. Чтобы дать зрителям представление, визуализация включает изображение человека — реактор примерно в два раза больше него. По мере того, как симуляция ускоряется, зритель чувствует себя совсем маленьким, когда тысячи частиц проносятся мимо, вращаясь, вертясь и гоняясь друг за другом.

Электроны показаны красным; протоны выделены зеленым цветом; синие линии обозначают магнитное поле. Пользователи могут настроить любой из параметров, чтобы просмотреть определенную часть реактора под выбранным углом с почти идеальной визуализацией.

Директор SPC Паоло Риччи объясняет: «Визуализация» В астрофизике эти методы достаточно развиты, во многом благодаря планетариям. Но в ядерном синтезе мы только начинаем использовать эту технологию – в первую очередь благодаря работе, которую мы проводим с EM+».

Опираясь на достижения SPC в этой области, EPFL принимает участие в проекте Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) и является ключевым членом консорциума EUROfusion.

Фактически, EPFL был выбран для размещения одного из пяти центров передовых вычислений консорциума, что дало исследователям, участвующим в этом финансируемом ЕС проекте, усовершенствованный инструмент для визуализации своей работы.

Объединение результатов и искусства

Кендердайн говорит, что самой большой проблемой было «извлечь осязаемую информацию из таких огромная база данных для создания точной, связной и «реальной» визуализации – даже если она виртуальная.

«Результат необыкновенный, и я бы даже сказал красивый , и это дает ученым полезный инструмент, который открывает целый ряд возможностей.»

«Физика, лежащая в основе процесса визуализации, чрезвычайно сложна», — говорит Риччи.

«Токамаки имеют множество различных движущихся частей: частицы с неоднородным поведением, магнитные поля, волны для нагрева плазмы, частицы, инжектируемые извне, газы и многое другое.

«Даже физикам сложно во всем разобраться. Визуализация, разработанная EM+, сочетает в себе стандартный вывод программ моделирования (по сути, таблицы чисел) с методами визуализации в реальном времени, которые лаборатория использует для создания атмосферы, напоминающей видеоигру».

Помимо SPC и EM+, в Центре передовых вычислений принимают участие еще три группы EPFL: Швейцарский центр обработки данных, Институт математики и Подразделение научных информационных технологий и поддержки приложений (SCITAS).

Эта статья была первоначально опубликована EPFL