超級電腦協助清除七十年前曼哈頓計畫的廢棄物

作者 Jamie Beckett

二次大戰已經結束逾七十年,曼哈頓計畫的放射性廢棄物卻仍等待著人們清除。

全美各地(最大一處位於華盛頓東南方的 Hanford)清理曼哈頓計畫廢棄物的進度始終相當緩慢、耗費高昂成本,且當中問題叢生。

清理放射性廢棄物是一件令人極為麻煩的工作,有點像是從一大片海灘裡分離出幾粒沙子,且此舉還不足以從其他廢棄物中區分出放射性元素。部分元素的放射性會持續數千年,有些是數百年,科學家們得從中分離出放射性元素,以便安全進行儲存。

清理工作是如此繁雜,進而激發出一些有助於清理的辦法。

現有一群科學家運用 GPU 加速運算的超級電腦,以求更深入瞭解儲存槽內的放射性材料,找出安全廉價的移除和儲存方式。

身為計劃主要調查員的阿拉巴馬大學化學系教授 David Dixon 說:「他們打造原子武器時,沒人知道那個東西到底有多危險。」

超級電腦加快實驗速度

在 Hanford 核廢棄物儲存站興建更堅固的雙層儲存槽,以取代缺點一堆的單層儲存槽。圖片提供:美國能源部。
在 Hanford 核廢棄物儲存站興建更堅固的
雙層儲存槽,以取代缺點一堆的單層儲存槽。
圖片提供:美國能源部。

科學家們使用全球其中一具威力最強大的超級電腦(即橡樹嶺國家實驗室的 Titan)來研究鈾、鈽等原子分裂時會釋放大量能量之「錒系」放射性元素的化學性,而搭載 NVIDIA Tesla GPU 的 Titan 超級電腦讓科學家們擁有在短時間內執行多項實驗所需的速度。

錒具有高度放射性,難以在實驗室內搬運拿取,但在進行淨化作業前又得從其他廢棄物中取出。

科學家們利用 Titan 來模擬使用各種移除方法時,錒會出現的化學反應,這有助於協助研究團隊設計出新的廢棄物淨化方法。

如此難以清理的原因

Hanford 負責生產1945年投放在長崎之原子彈所使用的鈽。目前在老舊的儲存槽內還有5600萬加侖的高放射性有害化學物質,約有三分之一量已出現外洩的情況。地底下還有廢棄物,有些已經倒掉,有些已經外洩。從原子時代開始便保有廢棄物的廠區還包括 Los Alamos、New Mexico 及 St. Louis。

Dixon 說難處於科學家並不清楚儲存槽內或地底下到底有些什麼,對於錒的化學性也不明白。Hanford 站的某些廢棄物是這裡獨有,科學家得先建立清除方式才能完成工作。

在橡樹嶺國家實驗室即將採用下一代超級電腦之際,Dixon 表示研究團隊會打造專屬軟體,以充分利用 GPU 的優點。

「我們想要準確預測複雜現象,而這件事得花費大量運算資源。」Dixon 說。交由 GPU 來處理大量程式碼,將使得科學家能模擬更龐大複雜的系統。

除了阿拉巴馬大學,其他參與計劃的科學家則是來自勞倫斯伯克利國家實驗室,還有華盛頓州立大學紐約州立大學水牛城分校明尼蘇達大學萊斯大學等五所大學。