Успешното прилагане на ядрения синтез обещава да осигури неограничен, устойчив източник на чиста енергия, но можем да реализираме тази невероятна мечта само ако овладеем сложната физика, която протича вътре в реактора.
През десетилетията учените са направили постепенни стъпки към тази цел, но много проблеми остават нерешени. Една от основните пречки е успешното управление на нестабилната и прегрята плазма в реактора – но нов подход показва как можем да го направим.
В сътрудничество между швейцарския плазмен център на EPFL (SPC) и компанията за изкуствен интелект (AI) DeepMind, учените използваха подсилващо обучение (RL), за да проучат нюансите на поведението и контрола на плазмата в токамак с форма на поничка, който използва серия от магнитни бобини, разположени около реактора, за да контролират и манипулират плазмата вътре в него.
Това е сложен акт за балансиране, защото намотките изискват огромен брой фини настройки на напрежението, до хиляди пъти в секунда, за да поддържат успешно плазмата в магнитното поле. По този начин поддържането на реакции на ядрен синтез – което включва поддържане на стабилност на плазмата при стотици милиони градуси по Целзий, по-горещи дори от ядрото на Слънцето – изисква сложни, многостепенни системи за управление на намотките. В ново изследване обаче учените показаха, че една система с изкуствен интелект може сама да се справи с тази задача.
„Използвайки архитектура за обучение, която съчетава дълбок RL и среда за симулация, създадохме контролери, които могат както да поддържат плазмата в стабилно състояние, така и да я използват за точно изобразяване на различни форми“, обяснява екипът в публикация в блог на DeepMind. За да постигнат този подвиг, изследователите обучиха своята AI система в симулатор на токамак, в който системата за машинно обучение се научи чрез проба и грешка как да навигира в сложността на плазменото магнитно задържане. След като се дипломира, AI го изведе на следващото ниво, като приложи наученото в симулатора в реалния свят.
Чрез задвижване на токамак с променлива конфигурация на SPC (TCV), системата RL даде на плазмата вътре в реактора различни форми, включително такава, невиждана досега в TCV: стабилизиращи „капки“, където две плазми съществуват едновременно вътре в устройството. В допълнение към традиционните форми, изкуственият интелект може също така да създава усъвършенствани конфигурации, придавайки на плазмата форми на „отрицателен триъгълник“ и „снежинка“.
Всяко от тези проявления има различен потенциал за производство на енергия в бъдеще, ако можем да поддържаме реакции на ядрен синтез. Една от конфигурациите, контролирани от тази система, "формата, подобна на ITER", може да бъде особено обещаваща за бъдещо проучване в Международния термоядрен експериментален реактор (ITER), най-големият в света експеримент за ядрен синтез, който в момента се изгражда във Франция.
Според изследователите, магнитният контрол на тези плазмени образувания е „една от най-сложните системи в реалния свят, към които е приложено обучение за подсилване“ и може да осигури радикална нова посока в проектирането на токамаци в реалния свят. Не само това, но някои смятат, че това ще промени фундаментално бъдещето на усъвършенстваните системи за контрол на плазмата в термоядрените реактори.
Прочетете също: