Ученые создают искусственный интеллект, который может стабилизировать термоядерные реакторы

Человечество десятилетиями лелеет мечту о безграничной, экологически чистой термоядерной энергии, но пока экспериментальные реакторы все еще далеки от воплощения ее в жизнь.

Непредсказуемость перегретой плазмы является главным камнем преткновения на пути получения стабильной энергии за счет термоядерного синтеза, но теперь мы можем стать на шаг ближе к реализации давней мечты. Команда ученых из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) разработала искусственный интеллект (ИИ), который может предсказывать поведение плазмы и сглаживать неровности, которые в противном случае могли бы привести к перезагрузке реактора.

Термоядерные реакторы состоят из тора, напоминающего пончик, в котором водород можно нагревать до очень высоких температур. Внутри этих реакторов-токамаков магнитные поля удерживают плазму, не позволяя ей пробить стенки реактора.

Однако бурлящая масса плазмы не остается на месте надолго — возникают так называемые «нестабильности разрывного режима», которые в конечном итоге приводят к выходу плазмы из магнитного поля. В этот момент реактор необходимо остановить и перезапустить. ИИ, разработанный в PPPL, способен предсказывать эти нестабильности заранее, чтобы их можно было исправить.

Испытания проводились на термоядерной установке DIII-D в Сан-Диего. Этот токамак-реактор работает с 1980-х годов и, как и все нынешние термоядерные реакторы, он не генерирует полезную энергию.

Даже самые успешные реакторы поддерживают термоядерный синтез всего несколько секунд. Однако система DIII-D позволяет ученым экспериментировать с ядерным синтезом по мере того, как мы приближаемся к его реализации. Исследователи обучила свой ИИ, используя данные прошлых экспериментов по термоядерному синтезу на этом объекте, чтобы выявлять признаки того, что плазма вот-вот вырвется из поля.

«Изучая прошлые эксперименты, а не используя информацию из моделей, основанных на физике, ИИ мог бы разработать политику окончательного контроля, которая поддерживала бы стабильный режим мощной плазмы в реальном времени в реальном реакторе», — сказал ведущий исследователь PPPL, физик Эгемен Колемен.

Предупреждение от алгоритма ИИ не очень большое — максимальная продолжительность прогноза составляет 300 миллисекунд.

Человеку этого времени недостаточно, чтобы что-либо сделать, но для того, чтобы разорвать нестабильность режима и нарушить реакцию синтеза, требуются всего миллисекунды. Нейронная сеть при этом смогла узнать, какие приемы эффективны для стабилизации реакции, и вовремя их реализовать.

Действия, предпринимаемые ИИ, часто отличаются от установленных процедур, которым может следовать человек-оператор. Исследователи подозревают, что понимание того, почему ИИ делает определенные вещи, может рассказать больше о базовой физике процесса.

Ученые уверены, что ИИ-контроллер снижает нестабильность в реакторе DIII-D. Однако сеть была специально обучена на этой системе — она не сможет предсказать или стабилизировать нестабильность плазмы в других токамаках.

В конечном итоге исследователи надеются создать более универсальный ИИ, для которого потребуется гораздо больше испытаний. Они также хотят расширить возможности ИИ-контроллера для одновременного решения более чем одной задачи управления. Кроме того, по словам ученых, контроллер прокладывает путь к разработке стабильных высокопроизводительных сценариев эксплуатации для будущего использования в ИТЭР.

Исследование опубликовано в журнале Nature.