Sztuczne Słońce coraz bliżej. Właśnie rozwiązano ważny problem
Sztuczna inteligencja pomaga rozwiązać jeden z najważniejszych problemów stojących na drodze do taniej i czystej energii na wszystkich.
Zbudowanie sztucznego Słońca na Ziemi nie jest łatwe. Niesforna przegrzana plazma napędzająca reakcję termojądrową może stracić swoją stabilność i uciec przed silnymi polami magnetycznymi zamykającymi ją w reaktorze termojądrowym w kształcie pączka. Taka sytuacja może wykoleić reakcję termojądrową w ciągu milisekund i jest to jeden z głównych problemów przy wykorzystaniu energii z fuzji jądrowej.
Fuzja jądrowa to proces, w którym dwa lekkie atomy łączą się w jeden cięższy, uwalniając przy tym ogromną ilość energii. To ten sam proces, który zachodzi w jądrze Słońca i zapewnia nam życiodajne światło i ciepło. Naukowcy od dawna marzą o odtworzeniu tego procesu na Ziemi, aby uzyskać niemal nieograniczone źródło czystej energii, która nie emituje dwutlenku węgla ani nie generuje radioaktywnych odpadów.
Więcej ciekawych artykułów o fuzji jądrowej przeczytasz na Spider`s Web:
Jednak fuzja jądrowa nie jest łatwa do osiągnięcia. Aby zmusić dwa atomy do połączenia się, trzeba je poddać ogromnemu ciśnieniu i energii, aby pokonały wzajemne odpychanie. Do tego celu służą specjalne reaktory, zwane tokamakami, które wykorzystują silne pola magnetyczne, aby uwięzić i ogrzać plazmę - stan skrajnie rozgrzanej materii, w której atomy są zjonizowane i rozdzielone na elektrony i jądra. Plazma musi być utrzymywana w stabilnym stanie i ciągle krążyć po pierścieniu, aby utrzymać reakcję fuzji.
Niestety plazma jest bardzo kapryśna i często ulega zaburzeniom, które niszczą jej równowagę i pozwalają jej uciec z pola magnetycznego, kończąc reakcję, a nawet grożąc zniszczeniem tokamaka. Te zaburzenia stanowią jedną z głównych przeszkód w osiągnięciu trwałej fuzji jądrowej. Dotychczas naukowcy próbowali albo tłumić lub łagodzić skutki tych niestabilności po ich wystąpieniu, albo zapobiegać im poprzez odpowiednie sterowanie parametrami reaktora.
Sztuczna inteligencja przewiduje i unika
Zespół z Princeton University i Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) opracował nowy model sztucznej inteligencji, który może rozwiązać ten problem. Model przewiduje, a następnie unika, wystąpienia niestabilności rozerwania w plazmie, zanim do nich dojdzie. Badacze opublikowali swoje wyniki w czasopiśmie Nature.
Zespół Princeton wykorzystał dane z wcześniejszych eksperymentów na tokamaku DIII-D do skonstruowania głębokiej sieci neuronowej zdolnej do przewidywania prawdopodobieństwa przyszłej niestabilności na podstawie charakterystyki plazmy w czasie rzeczywistym.
Całkiem nowe podejście
Model sztucznej inteligencji został wytrenowany na podstawie danych z poprzednich eksperymentów z fuzją, a nie na podstawie modeli fizycznych. Dzięki temu mógł opracować optymalną strategię sterowania reaktorem w czasie rzeczywistym, bez konieczności dokładnego rozumienia złożonej fizyki plazmy. Model był w stanie przewidzieć potencjalne niestabilności rozerwania nawet 300 milisekund z wyprzedzeniem.
Ten przedział czasu, zaledwie 0,3 sekundy, jest dla nas niewyobrażalnie mały, ale dla komputera sterującego tokamakiem to wystarczająco dużo, aby zmienić niektóre parametry, takie jak moc podawana do plazmy lub jej kształt, i zapobiec rozerwaniu linii pola magnetycznego.
Wcześniejsze badania skupiały się na ogół na łagodzeniu skutków niestabilności po ich wystąpieniu w plazmie. Nasze podejście pozwala nam przewidzieć i uniknąć tych niestabilności, zanim w ogóle się pojawią
- powiedział współautor badania, Jaemin Seo, adiunkt fizyki na Uniwersytecie Chung-Ang w Korei Południowej.
Badacze przetestowali swój model na prawdziwym reaktorze, DIII-D National Fusion Facility w San Diego. Wykazali, że ich system oparty na sztucznej inteligencji mógł utrzymać stabilny i wysokoenergetyczny stan plazmy, który jest niezbędny do osiągnięcia fuzji jądrowej.
Święty Graal coraz bliżej
Jest to przełomowe osiągnięcie, które otwiera drogę do bardziej dynamicznej kontroli reakcji fuzji niż dotychczasowe podejścia naukowców i inżynierów. Stanowi też podstawę do wykorzystania sztucznej inteligencji do rozwiązywania szerokiego zakresu niestabilności plazmy, które od dawna były przeszkodami w osiągnięciu trwałej fuzji.
Fuzja jądrowa jest często nazywana świętym Graalem energetyki, ponieważ oferuje ogromne możliwości dostarczania czystej, bezpiecznej i taniej energii dla ludzkości. Jednak aby to się stało, trzeba jeszcze pokonać wiele wyzwań technicznych i naukowych. Model sztucznej inteligencji z Princeton jest jednym z kroków w tym kierunku, który pokazuje, że sztuczna inteligencja może być potężnym narzędziem w dążeniu do czystej energii z fuzji jądrowej.
