幾十年來，能源研究人員一直在嘗試人工重建一個穩定的聚變能反應堆。如果成功，這樣一個反應堆將在一夜之間徹底改變世界的能源供應，提供低放射性、零碳、高產量的電力——但迄今為止，它被證明是非常具有挑戰性的穩定。現在，科學家們正在利用來自兩個國家實驗室的超級計算能力來幫助微調核聚變反應堆設計的元素，以進行測試執行。

ITER託卡馬克(EU-ITER)主要內部部件

在實驗核聚變反應堆中，一種叫做“託卡馬克”的環形磁性裝置被用來控制等離子體:在一種高風險的操作遊戲中，如果等離子體接觸到反應堆的側面，反應就會中斷，反應堆本身就會嚴重受損。與此同時，轉化器從真空中吸收多餘的熱量。

在法國，科學家們正在建造世界上最大的核聚變反應堆:一個名為ITER的500兆瓦的實驗反應堆，計劃於2025年開始試執行。這裡的研究人員感興趣的是估算ITER的熱負荷寬度:即轉流器沿線能夠承受極熱粒子反覆轟擊的區域。

“在構建任何未來的聚變反應堆,預測熱負荷的寬度將是確保收集器材料保持完整性的關鍵在面對這種廢熱,”解釋Choong-Seock Chang SciDAC邊緣物理模擬中心主管普林斯頓等離子體物理實驗室和論文的主要作者,雷切爾·麥克道爾的採訪。當轉向材料失去其完整性時，濺射的金屬粒子汙染等離子體並停止燃燒，甚至導致突然的不穩定。

2017年，該團隊在橡樹嶺的每秒17.6千萬億次的泰坦超級計算機上模擬了ITER的熱負荷寬度。這項研究的結果令人吃驚:他們預計ITER的設計熱負荷寬度將比預期寬6倍以上。

但ITER的要求怎麼會與目前的設計有這麼大的不同呢?

IBM AC922 Summit超級計算機的儲存系統

為了解釋這種差異，研究人員使用了一種名為Eureqa的監督機器學習程式，向它輸入之前託卡馬克實驗和之前模擬的資料。Eureqa是由兩個主要系統驅動的:橡樹脊國家實驗室(ORNL)的Summit，其重量為148.6 Linpack petaflops，而阿貢國家實驗室的Theta，其重量為6.9 Linpack petaflops。

該團隊讓超級計算機Eureqa負責識別ITER與其他實驗設計不同的隱藏變數。Chang懷疑答案可能與圍繞等離子體的迴旋運動半徑有關。

在Summit上進行的超級計算模擬了超過2萬億粒子和1000個時間步，每次執行產生200 PB的資料。塵埃落定後，Chang的懷疑得到了證實:隱藏的變數等於迴轉運動的半徑除以機器的大小。

Chang說:“如果這個公式在實驗上得到驗證，這將對核聚變領域以及確保ITER的轉流器能夠容納等離子體產生的熱廢氣而不產生太大的併發症具有巨大的意義。”

雖然Summit和Theta這次完成了這項工作，但研究人員已經在研究head to exascale機器，如Frontier和Aurora，他們希望這將允許他們在他們的聚變反應堆模擬中納入更復雜的物理。