Искусственный интеллект успешно управляет плазмой в термоядерном эксперименте
Ядерный синтез с помощью магнитного удержания, особенно в конфигурации токамака, является многообещающим путем к устойчивой энергии. Одной из основных задач этой техники является формирование и поддержание высокотемпературной плазмы в сосуде. Здесь ИИ может сыграть решающую роль.
Процесс ядерного синтеза, происходящий в ядрах звезд, включает в себя слияние атомных ядер с образованием более тяжелых ядер. В результате звезды выделяют феноменальное количество энергии. Физики давно пытаются воспроизвести этот звездный процесс в меньших масштабах в реакторах здесь, на Земле. Используя термоядерный синтез, мы сможем производить чистую, устойчивую энергию.
За последние годы в достижении этой цели был достигнут невероятный прогресс. Недавно объединенный европейский термоядерный реактор "Торус" выделил рекордные 59 мегаджоулей энергии. Однако многие проблемы остаются нерешенными. Одним из основных препятствий является контроль нестабильной и перегретой плазмы в реакторе. Вскоре новый подход может облегчить задачу ученых.
ИИ на службе синтеза
В совместной работе Швейцарского центра плазмы (SPC) при Федеральной политехнической школе Лозанны и компании DeepMind, занимающейся исследованиями в области искусственного интеллекта (ИИ), ученые использовали систему глубокого обучения с подкреплением (DL) для изучения нюансов поведения и управления плазмой в термоядерном токамаке.
В этих реакторах, имеющих форму пончика, магнитные катушки, расположенные вокруг реактора, используются для контроля и манипулирования плазмой. Для успешной работы этих катушек требуется безумное количество тонких регулировок напряжения (тысячи раз в секунду). Таким образом, для поддержки реакций ядерного синтеза необходимы сложные, многоуровневые системы для управления катушками. Однако в одном исследовании ученые продемонстрировали, что одна система искусственного интеллекта может успешно контролировать этот процесс.
Для этой работы, результаты которой опубликованы в журнале Nature, исследователи обучали свою систему искусственного интеллекта на симуляторе токамака. Затем система методом проб и ошибок "научилась" ориентироваться в сложностях магнитного удержания плазмы. После обучения ИИ переходил на следующий уровень, применяя полученные в симуляторе знания в реальном мире. Для этого исследователи обратились в SPC, один из немногих исследовательских центров в мире с работающим токамаком.
В ходе нескольких экспериментов исследователи обнаружили, что их система может придавать плазме различные формы внутри реактора. Каждое из этих проявлений, если их удастся сохранить, может предложить различные виды потенциала для сбора энергии в будущем.
"Существует так много переменных, и небольшое изменение любой из них может привести к большому изменению конечного результата", — говорит физик Джанлука Сарри из Университета королевы Белфаста. "Если вы попытаетесь сделать это вручную, это будет очень долгий процесс". "Этот ИИ, на мой взгляд, единственный путь вперед".
Ядерный синтез может стать чистым и "неисчерпаемым" источником энергии только в том случае, если мы освоим сложную физику, происходящую внутри реактора. В этом смысле новое исследование является настоящим изменением в игре.