ИИ показал ученым, как эффективнее использовать термоядерный реактор
Исследователи из Швейцарского технологического института в Лозанне и британской компании DeepMind (дочерней компании Alphabet, принадлежащей Google) заставили искусственный интеллект (ИИ) управлять термоядерным синтезом в экспериментальном термоядерном реакторе — токамаке.
Научная статья об этом опубликована в журнале Nature, кратко о прорыве пишет Live Science.
ИИ сначала был обучен на симуляциях токамака — это гораздо дешевле и безопаснее. Но компьютерное моделирование медленное: требуется несколько часов, чтобы симулировать всего несколько секунд работы реактора в реальном времени. Кроме того, экспериментальные условия меняются изо дня в день, поэтому разработчикам необходимо было учитывать и эти изменения при моделировании. Однако, когда процесс обучения был завершен, ИИ подключили к реальному токамаку.
Реактор в Лозанне может поддерживать перегретую водородную плазму при температуре более 120 млн °С максимум в течение 3 секунд. После этого ему нужно 15 минут, чтобы остыть и перезагрузиться. Обычно делается от 30 до 35 таких «подходов» в день. Под управлением ИИ в течение нескольких дней было сделано в общей сложности около 100 пусков.
«Мы хотели испытать его при различных формах плазмы и попробовать в различных условиях», — сказал Федерико Феличи, физик из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, один из руководителей проекта.
Обычно токамак управляется 19 магнитными катушками, которые используют для формирования и удержания водородной плазмы внутри термоядерной камеры, направляя через нее электрический ток. Катушки управляются набором независимых компьютеризированных контроллеров. Новая система ИИ могла управлять плазмой с помощью одного контроллера. Эксперименты с ИИ привели к новым способам формирования плазмы внутри токамака, это поможет гораздо большему контролю над всем процессом синтеза.
ИИ оказался способным располагать плазму внутри термоядерной камеры токамака в наиболее распространенных конфигурациях. Кроме того, он смог формировать плазму в «капли», чего никогда раньше не делалось.
«Мы просто попросили контроллер сформировать такую плазму — ИИ понял, как это сделать», — говорит Феличи.
Исследователи также увидели, что нейросеть использует магнитные катушки для управления плазмой внутри камеры иначе, чем в стандартной системе управления.
Если получится сделать термоядерную реакцию эффективной, это откроет огромные перспективы для создания чистой энергии. Ядерный синтез — это процесс, которых проходит в звездах. Он высвобождает огромное количество энергии, когда атомные ядра соединяются вместе в более крупные. Простейшие типы термоядерного синтеза подпитываются водородом, на Земле его можно добывать из воды.
Поскольку звезды огромные, реакция синтеза идет в них при очень высоком давлении, которое создает сильная гравитация. На Земле такое давление невозможно, поэтому реакции синтеза должны происходить при очень высоких температурах, а чтобы добиться такой температуры, надо сначала потратить энергию. Пока все термоядерные реакторы на Земле потребляют больше энергии, чем производят. По всему миру ученые работают над решением этой проблемы. Уже было несколько довольно успешных экспериментов: в США, Китае и других странах.
Результаты будут использованы в строящемся во Франции Международном экспериментальном термоядерном реакторе. Это колоссальный международный проект, в котором участвуют 35 стран, включая Россию. В экспериментальном реакторе будет работать самый мощный в мире магнит, что позволяет ему производить магнитное поле, в 280 000 раз превышающее земное. Ожидается, что термоядерный реактор будет введен в эксплуатацию в 2025 году. Он даст ученым еще больше информации о возможностях использования звездной энергии на Земле.
