ORNL США совместно с IBM впервые использовали квантовые вычисления для моделирования поведения трития в термоядерных материалах

2026-07-13 14:40
В избр.

Репортаж от Wedoany,Окриджская национальная лаборатория США (ORNL) совместно с IBM Quantum, Кливлендской клиникой и другими организациями опубликовала статью, в которой впервые применила квантовые вычисления для расчета электронной структуры химического поведения трития в ключевом материале термоядерного бланкета FLiBe, продемонстрировав способность квантово-классической гибридной вычислительной платформы проводить высокоточное моделирование таких сложных систем.

Современные основные магнитные термоядерные установки в основном полагаются на реакцию дейтерий-тритий (D-T). В статье отмечается, что термоядерная электростанция мощностью 1 ГВт потребляет около 0,5 кг трития в день, в то время как мировые запасы трития составляют около 25 кг. Для коммерческого термоядерного синтеза в будущем потребуется наработка трития из лития в бланкете с помощью нейтронных реакций и его эффективное извлечение для повторной инжекции в плазму. Таким образом, понимание процессов образования, миграции и связывания трития в материалах бланкета является ключевой проблемой термоядерной инженерии.

Расплавленная соль FLiBe (LiF-BeF₂) считается важным перспективным материалом для передовых термоядерных реакторов. Она содержит литий, который может производить тритий в результате нейтронных реакций, а ее жидкое состояние позволяет одновременно выполнять функции теплопередачи и воспроизводства топлива. Однако в высокотемпературной среде расплавленной соли тритий может существовать в различных формах: ионы трития (T⁺), молекулы трития (T₂) или сложные структуры с фтором (F-T-F). Эти формы напрямую влияют на время удержания трития, эффективность его извлечения и стоимость цикла.

Моделирование поведения трития в FLiBe является вычислительной проблемой. Традиционные методы, такие как теория функционала плотности (DFT), моделирование молекулярной динамики (MD) и машинно-обучаемые потенциальные функции (MLFF), имеют ограничения по точности при работе со сложными молекулами расплавленных солей, содержащих тритий, и заряженными ионными кластерами — системами с сильной электронной корреляцией. Более точные методы, такие как полное конфигурационное взаимодействие (FCI) или метод связанных кластеров, имеют экспоненциально растущую вычислительную стоимость с увеличением размера системы, что делает их неприменимыми для реальных термоядерных материалов.

Данное исследование опубликовано на платформе препринтов arXiv под названием «Квантовые вычисления для расплавленных солей термоядерного бланкета» (Quantum Computations on Fusion Blanket Molten Salts). Исследователи сосредоточились на механизмах связывания трития с материалами бланкета, используя квантово-классическую вычислительную платформу с встроенной волновой функцией для расчета девяти различных молекулярных конфигураций FLiBe. Вместо прямого моделирования макроскопического бланкета они применили алгоритм «расширенной выборки на основе квантовой диагонализации» (ext-SQD), передавая сложные фрагменты для решения квантовому процессору IBM Heron, и в конечном итоге сравнили результаты с высокоточными классическими расчетами FCI.

Источник изображения: открытые данные

Результаты показали, что отклонение квантового метода ext-SQD от результатов FCI составляет около 0,7 ккал/моль, а среднее абсолютное отклонение — около 0,3 ккал/моль. Это первая в отрасли успешная верификация квантово-классических вычислений для систем с заряженными ионами, особенно для неорганических расплавленных солей.

Источник изображения: цитата из статьи Quantum Computations on Fusion Blanket Molten Salts∗. Только для академического обмена и отраслевого обсуждения.

Это исследование знаменует собой переход от традиционной модели разработки термоядерных материалов, основанной на экспериментальных пробах и ошибках, к этапу вычислительного дизайна материалов на основе высокопроизводительных вычислений, моделей ИИ и квантовых вычислений. Ранее разработка материалов бланкета опиралась на длительный цикл «экспериментальные пробы и ошибки — нейтронное облучение — оценка макроскопических свойств». В будущем, благодаря интеграции высокопроизводительных вычислений, ИИ и квантовых вычислений, исследователи смогут с высокой точностью прогнозировать пригодность комбинаций расплавленных солей для высвобождения трития на атомном и даже квантовом уровне. В то же время исследование показывает, что проблема топливного цикла трития переходит от макроскопической системной инженерии к фундаментальной проблеме материаловедения.

Данная статья открывает технологический путь для применения квантовых вычислений в исследованиях термоядерных материалов. В то же время исследование отмечает, что современные масштабы квантовых вычислений пока недостаточны для охвата инженерных ситуаций макроскопического уровня, и в будущем потребуются дальнейшие прорывы в создании более крупных квантовых вычислительных систем и базовых алгоритмов. Междисциплинарное сотрудничество ORNL, IBM Quantum и Кливлендской клиники предлагает многообещающее направление технологической интеграции.

Эта новость является результатом компиляции и перепечатки информации из глобального Интернета и стратегических партнеров. Она предназначена только для читателей. Если у вас возникнут какие-либо нарушения или другие проблемы, пожалуйста, своевременно сообщите нам. Этот сайт изменить или удалить ее. Перепечатка этой статьи без официального разрешения строго запрещена.электронная почта:news@wedoany.com

Связанные продукты

Центральный пучок трубчатый оптический кабель GYXTW - DONGGUAN TW-SCIE CO., LTD.
Распределительный трансформатор - Chengdu XD ZhongTe Electric co., Ltd.
Установка для сжижения природного газа (LNG) - Kaifeng Air Separation Group Co., Ltd.
Перфторионные мембраны-мембраны серии CM-10N - Guizhou Juneng Century Technology Co., Ltd.
G.652.D недисперсионно смещенное одномодовое волокно с расширенным диапазоном длины волн - Hongan Group
Тройная герметичная дверь для изоляции горячего воздуха с двойной вставкой - Xi'an Yingchuan Electric Power Equipment Co., Ltd.
Масляный распределительный трансформатор - Hangzhou Qiantang River Electric Group Co., Ltd.
Серия YBX3 (размеры рам 355-630) Высокоэффективные взрывозащищенные трехфазные асинхронные двигатели - Jiamusi Electric Machine Co., Ltd.
Автоматический выключатель в литом корпусе - Pinggao Group Smart Electric Co., Ltd.
Серия стационарных кронштейнов (SW-GFT-SP/DP) - Synwell New Energy Technology Development Co., Ltd.
Комплексные решения для гибридных систем накопления энергии - Zhuhai XJ Electric Co., Ltd.
Терминал удельной электропроводности серии CD/RD-620 - CREATEC
Читайте также
Достижения самостоятельных инноваций в области реактора «Хуалун-1» версии 2.0 представлены в Пекине
2026-09-12
Британская ассоциация ядерной промышленности и Украинский ядерный форум подписали меморандум о сотрудничестве в области ядерной энергетики
2026-09-12
В Нижней Саксонии, Германия, планируется строительство первого в Европе крупномасштабного завода по производству высокотемпературных сверхпроводящих лент термоядерного класса
2026-09-12
Египет и Россия обсудили возможность расширения АЭС «Эд-Дабаа»
2026-09-12
В Республике Корея вступил в силу специальный закон о ММР, планируется коммерциализация легководных малых модульных реакторов к 2035 году
2026-09-12
Россия и Индия планируют подписать документы о сотрудничестве в области атомной энергетики и обсудить площадку для новых энергоблоков в Индии
2026-09-12
Первый сверхъёмкостный импульсный блок электропитания проекта модернизации «Хуаньлю-3» успешно передан заказчику
2026-09-12
Третий энергоблок АЭС «Олкилуото» в Финляндии автоматически отключился от сети из-за технической неисправности
2026-09-12
Американская компания ONE Nuclear планирует в Луизиане проект малых модульных реакторов мощностью до 1 ГВт
2026-09-12
Американская компания Deep Fission продемонстрировала спуск и извлечение полноразмерного корпуса реактора с использованием стандартного коммерческого бурового оборудования
2026-09-12