NI绿色工程应用案例3：能源清洁篇-NI“点燃”人造太阳

NI“点燃”人造太阳


当能源耗尽，我们将如何生存？
这个问题绝非危言耸听。有科学数据表明，地球上的化石燃料已所剩无几，按目前的开采速度，石油仅够人类44年的需求，天然气还能持续63年，铀矿作为核燃料也只够用60年左右。面对这样的情况，科学家们将目光投向了自远古以来让我们赖以生存的太阳，并从中找到了答案——“人造太阳”。
 
太阳的巨大能源来自氢元素的聚变反应，即氢的同位素氘原子和氚原子在高温下合二为一，并释放出中子和能量，这一过程就称为“聚变”。几个氢原子聚变产生的能量可能不是很大，可是几十亿个氢原子一起“聚变”，就能产生巨大的能量；而只要氢原子一直在“聚变”，能源就源源不断地被产生出来。

“人造太阳”就是利用了太阳发光发热的核聚变原理，将大量存在于地球海水之中的氘和氚在上亿摄氏度的高温条件下进行聚变反应并释放出大量能量，并且海水中的氘足够人类使用上百亿年，比太阳的寿命还要长。更令人惊喜的是，氘氚反应没有任何放射性，可以说是一种高效清洁的能源，而且是真正的用之不竭。
自从1954年苏联建成了第一个Tokamak聚变实验装置以来，50多年来的热核聚变研究一直围绕着一个主题，那就是要实现可控的核聚变反应。2007年10月2日，ITER（国际热核聚变实验堆）正式成立，欧盟、中国、日本、印度、韩国、俄罗斯和美国参与其中，总投资约46亿欧元，是目前世界上最大的国际间科技合作项目之一。
为了让聚变反应在Tokamak装置中稳定持续的进行，氘和氘的等离子体必须被约束在类似于像“面包圈”的Tokamak装置中心内做高速的螺旋式运动，同时，“面包圈”中的磁通量必须被实时测量并调整。换句话说，为了保证Tokamak装置中等离子体的高速稳定的运转，其装置外壁上的88个磁感应器上的大量数据会被转换成64*128个点格上的偏微分方程组并需要在在短短的1ms内完成整个计算过程。
利用NI强大的并行性计算的优势以及PCIe高速数据流传输加上现如今被广泛运用的多核技术，通过16块PXI 6143采集卡搭配PXI-PCIe 8362转接卡，与DELL的PowerEdge 2950八核处理器相连，在128个通道10KHz(2.56MB/s)的同步采样率下，NI帮助ASDEX Tokamak——德国最先进的核聚变装置，完成了这一“不可能完成的任务”。正如德国开发负责人Dr. Louis Giannone所说的：
“利用LabVIEW编程所完成的应用控制，我们在8核机器上将速度提高了5倍，使得我们成功达到1ms闭环控制速率的要求！”。