Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) ha desarrollado un innovador algoritmo para la detección de colisiones de partículas de alta velocidad en reactores de fusión nuclear, inspirado en tecnologías utilizadas en videojuegos. Este avance permite realizar predicciones de colisiones de manera rápida, mejorando notablemente la estabilidad y la eficiencia del diseño de futuros reactores de fusión.
El profesor Eisung Yoon y su equipo han publicado sus hallazgos en la revista Computer Physics Communications. Al aplicar su algoritmo al simulador Virtual KSTAR (V-KSTAR), lograron aumentar la velocidad de detección hasta 15 veces más que los métodos tradicionales. El V-KSTAR es un gemelo digital que replica el experimento de fusión del Tokamak Superconductor Avanzado de Corea (KSTAR) en un entorno virtual tridimensional.
Mejoras en la detección de colisiones
La energía de fusión, a menudo denominada energía del sol artificial, se basa en la inyección de partículas neutras de alta energía para calentar el núcleo del reactor a temperaturas similares a las que se encuentran en el sol. Sin embargo, si algunas de estas partículas se desvían de su trayectoria y colisionan con las paredes del reactor, pueden causar daños o interrumpir el proceso de fusión.
El equipo de investigación ha combinado algoritmos de detección de colisiones del sector de los videojuegos para abordar este desafío, resultando en un nuevo algoritmo que opera 15 veces más rápido que el método tradicional Octree. Este último divide el espacio en secciones definidas y verifica la presencia de partículas dentro de ellas; en cambio, el nuevo algoritmo realiza cálculos únicamente cuando es necesario.
En el proceso anterior, se requerían cálculos constantes de aproximadamente 300,000 partículas colisionando con paredes divididas en 70,000 triángulos. Con la implementación del nuevo algoritmo, cerca del 99.9% de estos cálculos pueden ser excluidos mediante simples operaciones aritméticas. Además, la partición triangular del área de colisión permite calcular los puntos de intersección entre las trayectorias de partículas y las superficies de las paredes, incluso dentro de las complejas formas tridimensionales de las estructuras de los reactores de fusión.
Este algoritmo destaca áreas de concentración de calor en la pared interior del V-KSTAR, permitiendo a los diseñadores, incluso aquellos sin conocimientos especializados, identificar de manera intuitiva las zonas de riesgo. El profesor Yoon ha afirmado que «nuestro algoritmo ha permitido al Instituto Coreano de Energía de Fusión (KFE) mejorar su simulador de haces de partículas neutras, extendiéndolo a un marco tridimensional». Esta mejora facilita la visualización de la distribución de los caminos de luz en el equipo de diagnóstico óptico y apoya el análisis de las perturbaciones del campo magnético.
El desarrollo de este algoritmo de detección de colisiones representa una innovación tecnológica crucial, jugando un papel significativo en la expansión tridimensional del V-KSTAR más allá del simple seguimiento de haces de partículas neutras. El equipo tiene planes de realizar más investigaciones basadas en supercomputadoras GPU, que ofrecen velocidades de procesamiento más rápidas que los ordenadores CPU convencionales, lo que facilitará cálculos de alta velocidad esenciales para sus proyectos en curso.
