Η επανάσταση της πράσινης ενέργειας που υπόσχεται η πυρηνική σύντηξη είναι τώρα ένα βήμα πιο κοντά, χάρη στην πρώτη επιτυχημένη χρήση ενός συστήματος τεχνητής νοημοσύνης αιχμής για τη διαμόρφωση των υπερθερμασμένων πλάσματος υδρογόνου μέσα σε έναν αντιδραστήρα σύντηξης.
Η επιτυχημένη δοκιμή δείχνει ότι η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης θα μπορούσε να είναι μια σημαντική ανακάλυψη στη μακροχρόνια αναζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από την πυρηνική σύντηξη – φέρνοντας την εισαγωγή της στην αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων και της πυρηνικής σχάσης στα σύγχρονα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας δελεαστικά πιο κοντά.
«Πιστεύω ότι η τεχνητή νοημοσύνη θα παίξει πολύ μεγάλο ρόλο στον μελλοντικό έλεγχο των tokamaks και στην επιστήμη της σύντηξης γενικά», δήλωσε ο Federico Felici, φυσικός στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Λωζάνη (EPFL) και ένας από τους ηγέτες του έργου. «Υπάρχει μια τεράστια δυνατότητα απελευθέρωσης της τεχνητής νοημοσύνης για να αποκτήσετε καλύτερο έλεγχο και να καταλάβετε πώς να χειρίζεστε τέτοιες συσκευές με πιο αποτελεσματικό τρόπο».
Η Felici είναι επικεφαλής συγγραφέας μιας νέας μελέτης που περιγράφει το έργο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature. Είπε ότι μελλοντικά πειράματα στο Variable Configuration Tokamak (TCV) στη Λωζάνη θα αναζητήσουν περαιτέρω τρόπους για την ενσωμάτωση της τεχνητής νοημοσύνης στον έλεγχο των αντιδραστήρων σύντηξης. «Αυτό που κάναμε ήταν πραγματικά ένα είδος απόδειξης αρχής», είπε. «Είμαστε πολύ χαρούμενοι με αυτό το πρώτο βήμα».
Ο Felici και οι συνάδελφοί του στο Swiss Plasma Center (SPC) του EPFL συνεργάστηκαν με επιστήμονες και μηχανικούς της βρετανικής εταιρείας DeepMind — θυγατρικής της Alphabet ιδιοκτήτων της Google — για να δοκιμάσουν το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης στο TCV.
Ο αντιδραστήρας σύντηξης σε σχήμα ντόνατς είναι ο τύπος που φαίνεται πιο πολλά υποσχόμενος για τον έλεγχο της πυρηνικής σύντηξης. ένα σχέδιο tokamak χρησιμοποιείται για το τεράστιο διεθνές έργο ITER («the way» στα Λατινικά) που κατασκευάζεται στη Γαλλία και ορισμένοι υποστηρικτές πιστεύουν ότι θα έχουν ένα tokamak σε εμπορική λειτουργία το 2030.
Τεχνητή νοημοσύνη
Το tokamak ελέγχεται κυρίως από 19 μαγνητικά πηνία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διαμορφώσουν και να τοποθετήσουν το πλάσμα υδρογόνου μέσα στον θάλαμο σύντηξης, ενώ κατευθύνουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω αυτού, εξήγησε ο Felici.
Τα πηνία συνήθως διέπονται από ένα σύνολο ανεξάρτητων ηλεκτρονικών ελεγκτών —ένας για κάθε πτυχή του πλάσματος που εμφανίζεται σε ένα πείραμα— που προγραμματίζονται σύμφωνα με πολύπλοκους υπολογισμούς μηχανικής ελέγχου, ανάλογα με τις ιδιαίτερες συνθήκες που ελέγχονται. Αλλά το νέο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης ήταν σε θέση να χειριστεί το πλάσμα με έναν μόνο ελεγκτή, είπε.
Το AI – ένα σύστημα «βαθιάς ενίσχυσης εκμάθησης» (RL) που αναπτύχθηκε από την DeepMind – εκπαιδεύτηκε για πρώτη φορά σε προσομοιώσεις του tokamak — μια φθηνότερη και πολύ πιο ασφαλή εναλλακτική από την πραγματική.
Ωστόσο, οι προσομοιώσεις στον υπολογιστή είναι αργές: Χρειάζονται αρκετές ώρες για να προσομοιώσετε λίγα δευτερόλεπτα λειτουργίας tokamak σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, η πειραματική κατάσταση του TCV μπορεί να αλλάζει από μέρα σε μέρα, και έτσι οι προγραμματιστές τεχνητής νοημοσύνης έπρεπε να λάβουν υπόψη αυτές τις αλλαγές στις προσομοιώσεις.
Όταν όμως ολοκληρώθηκε η διαδικασία προσομοίωσης εκπαίδευσης, η τεχνητή νοημοσύνη συσχετίστηκε με το πραγματικό tokamak.
Το TCV μπορεί να διατηρήσει ένα υπερθερμασμένο πλάσμα υδρογόνου, συνήθως σε περισσότερους από 120 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, για το πολύ 3 δευτερόλεπτα. Μετά από αυτό, χρειάζεται 15 λεπτά για να κρυώσει και να επαναρυθμιστεί, και συνήθως γίνονται μεταξύ 30 και 35 τέτοιες «βολές» κάθε μέρα, είπε ο Felici.
Συνολικά έγιναν περίπου 100 λήψεις με το TCV υπό έλεγχο τεχνητής νοημοσύνης σε αρκετές ημέρες, είπε: «Θέλαμε κάποιο είδος ποικιλίας στα διαφορετικά σχήματα πλάσματος που μπορούσαμε να πάρουμε και να το δοκιμάσουμε υπό διάφορες συνθήκες».
Αν και το TCV δεν χρησιμοποιούσε πλάσματα υδρογόνου βαρέως νετρονίου που θα απέδιδαν υψηλά επίπεδα πυρηνικής σύντηξης, τα πειράματα τεχνητής νοημοσύνης οδήγησαν σε νέους τρόπους διαμόρφωσης πλάσματος μέσα στο tokamak που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πολύ μεγαλύτερο έλεγχο ολόκληρης της διαδικασίας σύντηξης, είπε.
Διαμόρφωση πλάσματος
Το AI αποδείχθηκε ικανό να τοποθετεί και να διαμορφώνει το πλάσμα μέσα στον θάλαμο σύντηξης του tokamak στις πιο κοινές διαμορφώσεις, συμπεριλαμβανομένου του λεγόμενου σχήματος νιφάδας χιονιού που θεωρείται η πιο αποτελεσματική διαμόρφωση για τη σύντηξη, είπε ο Felici.
Επιπλέον, μπόρεσε να διαμορφώσει το πλάσμα σε «σταγονίδια» – χωριστούς άνω και κάτω δακτυλίους πλάσματος εντός του θαλάμου – κάτι που δεν είχε γίνει ποτέ πριν, αν και οι τυπικές τεχνικές μηχανικής ελέγχου θα μπορούσαν επίσης να έχουν λειτουργήσει, είπε.
Η δημιουργία του σχήματος σταγονιδίων «ήταν πολύ εύκολο να γίνει με τη μηχανική μάθηση», είπε ο Felici. «Θα μπορούσαμε απλώς να ζητήσουμε από τον ελεγκτή να φτιάξει το πλάσμα έτσι και η τεχνητή νοημοσύνη κατάλαβε πώς να το κάνει».
Οι ερευνητές είδαν επίσης ότι η τεχνητή νοημοσύνη χρησιμοποιούσε τα μαγνητικά πηνία για να ελέγχει το πλάσμα μέσα στον θάλαμο με διαφορετικό τρόπο από αυτόν που θα προέκυπτε από το τυπικό σύστημα ελέγχου, είπε.
«Μπορούμε τώρα να προσπαθήσουμε να εφαρμόσουμε τις ίδιες έννοιες σε πολύ πιο περίπλοκα προβλήματα», είπε. “Επειδή αποκτούμε πολύ καλύτερα μοντέλα για το πώς συμπεριφέρεται το tokamak, μπορούμε να εφαρμόσουμε αυτού του είδους τα εργαλεία σε πιο προχωρημένα προβλήματα.”
Τα πειράματα πλάσματος στο TCV θα υποστηρίξουν το έργο ITER, ένα τεράστιο tokamak που προβλέπεται να επιτύχει σύντηξη πλήρους κλίμακας περίπου το 2035. Οι υποστηρικτές ελπίζουν ότι το ITER θα πρωτοπορήσει νέους τρόπους χρήσης της πυρηνικής σύντηξης για την παραγωγή χρησιμοποιήσιμης ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς εκπομπές άνθρακα και με χαμηλά μόνο επίπεδα της ραδιενέργειας.
Τα πειράματα TCV θα ενημερώσουν επίσης τα σχέδια για τους αντιδραστήρες σύντηξης DEMO, οι οποίοι θεωρούνται διάδοχοι του ITER που θα παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας – κάτι για το οποίο δεν έχει σχεδιαστεί το ITER. Πολλές χώρες επεξεργάζονται σχέδια για αντιδραστήρες DEMO. ένας από τους πιο προηγμένους, ο αντιδραστήρας EUROFusion της Ευρώπης, προβλέπεται να ξεκινήσει τη λειτουργία του το 2051.
Ακολουθήστε μας στα κοινωνικά δίκτυα facebook, twitter, instagram, youtube, και στο Google news. Διαβάστε την e-enimerosi.com για να ενημερώνεστε για όλα τα νέα, από την Ελλάδα και τον κόσμο, κάνετε εγγραφή στην σελίδα και πατήστε το καμπανάκι για να ενημερώνεστε πρώτοι έγκαιρα και έγκυρα.