美国德克萨斯农工大学利用Birdshot AI加速"第一壁"材料模拟和筛选

学术   2024-11-01 08:01   江苏  

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10月31日,Interesting Engineering发表文章《US fusion reactors to become better with Birdshot AI for 'first wall'》,报道了美国德克萨斯农工大学(Texas A&M,TAMU)的研究团队正利用Birdshot AI工具模拟筛选数百种第一壁材料。

TAMU已经从美国能源部高级研究计划局能源(ARPA-E)获得了236万美元的资金支持,目标借助AI寻找更新更好的能够用于建造核聚变电厂“第一壁”材料。

该项目由TAMU材料科学与工程系的Raymundo Arróyave领导,Ibrahim Karaman、George Pharr、Lin Shao和Kelvin Xie一同参与工作。研究团队成员还包括洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory,LANL)的Danny Perez和橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory,ORNL)的Tim Graening等等。

寻找核聚变发电厂“第一壁”的新材料

“第一壁”是核聚变电厂反应堆的一个组成部分。它是反应堆产生能量时面向等离子体的最内层表面。因此,建造更好的第一壁有助于提高反应堆的性能,也会影响其整体寿命,也将大大有助于实现商业聚变能源。

第一壁的强度和寿命对未来聚变电厂的使用寿命至关重要,有可能降低运营成本。TAMU的研究人员表示他们将利用合成、辐照和测试设施,以及通过机器学习增强的先进计算机模拟,进行高影响力的材料发现活动。

利用人工智能,团队可以每天通过模拟筛选数百种材料,而实验设施将合成和测试最有希望的候选材料。

Birdshot AI和CHADWICK计划

研究团队将利用TAMU的Birdshot AI快速识别和制造优化的、更坚固、更耐用的第一壁材料。
“为这些变革性应用寻找最佳材料比在干草堆中寻找一根针还要困难。想要实现在最少的试验次数内找到合适的材料,就必须要使用Birdshot就是这样一种工具。”TAMU的材料科学与工程系教授Arróyave这样表示。
据悉,该项目是CHADWICK(Creating Hardened and Durable Fusion First-Wall Incorporating Centralized Knowledge)计划管理。

CHADWICK计划旨在将寻求发现变革性的第一壁材料,这些材料将在聚变发电厂40年的设计寿命内保持性能。CHADWICK计划的目标是刺激新材料的创新和生产,这些新材料可以在照射后保持室温延展性、高导热性、低活化性、尺寸稳定性、氚保留和低等离子体侵蚀。该计划超越了已知合金的优化,通过重新构想聚变材料的可能性,对新材料化学和制造工艺进行了全面、广泛的调查和分析。CHADWICK计划包括三个技术类别:

-A类项目将针对面向等离子的组件材料

-B类团队将验证结构材料

-C类项目将支持分析并促进与A类和/或B类团队的最终用户的沟通。

如果成功,CHADWICK计划开发的新材料可以将第一壁的使用寿命延长10 倍。这些材料对于部署持续和经济的聚变能可能是必不可少的。

“ARPA-E CHADWICK计划将建立在我们最近在ARPA-E GAMOW计划中的工作基础上,使我们更接近实现商业聚变能源的现实。在GAMOW计划中,我们展示了创建功能梯度结构的可能性,从面向等离子体表面的钨开始,过渡到聚变反应堆结构部件的铁素体-马氏体钢。”TAMU材料科学与工程系主任Ibrahim Karaman教授说。


参考链接:

  • https://interestingengineering.com/energy/us-tamu-ai-find-first-wall-material-nuclear-fusion-plant

  • https://arpa-e.energy.gov/technologies/programs/chadwick


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