DeepMind использует искусственный интеллект для управления плазмой внутри термоядерного реактора токамака.

Впервые искусственный интеллект был использован для управления сверх горячей плазмой внутри термоядерного реактора, предлагая новый способ повышения стабильности и эффективности. Термоядерные реакторы обещают дешевую, обильную и относительно чистую энергию - если мы сможем заставить их работать. Теперь, благодаря искусственному интеллекту компании DeepMind, исследователи термоядерного синтеза стали на шаг ближе к получению энергии из плазмы, более горячей, чем поверхность Солнца.

Компания DeepMind работала с учеными из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL), Швейцария, над созданием нейронной сети, способной управлять магнитными полями в термоядерном реакторе EPFL "Токамак переменной конфигурации" (TCV).

Эти магнитные поля необходимы для безопасного удержания плазмы, генерируемой реактором. Если плазма соприкасается со стенками реактора, она быстро остывает, подавляя реакцию и потенциально вызывая значительные повреждения. Исследователи из TCV ранее использовали 19 магнитных катушек, каждая из которых управлялась отдельным алгоритмом, который тысячи раз в секунду отслеживал внутреннее состояние реактора с помощью множества датчиков. Вместо этого DeepMind создал единую нейронную сеть для управления всеми катушками одновременно, автоматически узнавая, какие напряжения необходимо подавать на них для наилучшего удержания плазмы.

Команда обучила ИИ на точной цифровой симуляции реактора, прежде чем проводить эксперименты на реальной машине. В конечном итоге, он смог успешно удерживать плазму в течение примерно 2 секунд, что приближается к пределу возможностей реактора - TCV может поддерживать плазму в одном эксперименте только до 3 секунд, после чего ему требуется 15 минут для охлаждения. Рекорд для термоядерных реакторов составляет всего 5 секунд, установленный недавно Объединенным европейским тором в Великобритании.

Помимо управления плазмой, ИИ смог придать ей форму и перемещать ее внутри реактора. Новые формы плазмы могут повысить эффективность и стабильность новых термоядерных реакторов, таких как ИТЭР, который в настоящее время строится во Франции и станет крупнейшим в мире токамаком после завершения строительства в 2025 году. ИИ даже продемонстрировал способность управлять двумя отдельными пучками плазмы одновременно. Федерико Феличи из EPFL говорит, что хотя существует множество теоретических подходов, которые можно было бы использовать для удержания плазмы с помощью магнитной катушки, у ученых есть уже опробованные стратегии. Но ИИ удивил команду своим новым подходом к формированию тех самых форм плазмы с помощью катушек.

"Этот алгоритм ИИ, обучающийся с подкреплением, решил использовать катушки TCV совершенно другим способом, который все еще более или менее создает то же самое магнитное поле", - говорит Феличи. "То есть он по-прежнему создавал ту же плазму, как мы и ожидали, но он просто использовал магнитные сердечники совершенно по-другому, потому что у него была полная свобода исследовать все рабочее пространство. Поэтому люди смотрели на эти экспериментальные результаты о том, как развиваются токи в катушках, и были очень удивлены". Джанлука Сарри из Университета королевы Белфаста, Великобритания, говорит, что искусственный интеллект - это ключ к будущему систем управления термоядерными реакторами, которым еще предстоит поддерживать реакцию, при которой вырабатывается больше энергии, чем потребляется.

"Как только это будет сделано, это еще не конец истории. Затем нужно сделать из него электростанцию", - говорит он. "И этот ИИ, на мой взгляд, единственный путь вперед. Существует так много переменных, и небольшое изменение в одной из них может привести к большому изменению конечного результата. Если пытаться делать это вручную, то это очень долгий процесс". Чтобы сделать термоядерные реакторы эффективными и практичными источниками энергии, физикам необходимо увеличить соотношение между давлением плазмы и мощностью магнитных полей, содержащих ее, величину, называемую бета, говорит Говард Уилсон из Университета Йорка, Великобритания.

"Плазма извивается и пытается вырваться из лап магнитных полей, и по мере увеличения параметра бета приходится прилагать все больше усилий, чтобы добиться контроля, необходимого для удержания плазмы", - говорит он. "Чем дальше вы толкаете плазму, тем больше шансов внезапно потерять ее".

Уилсон считает, что эти эксперименты с ИИ показывают перспективность удержания плазмы в "экстремальных геометриях", что открывает путь для экспериментов с различными формами плазмы, которые могут дать улучшения в стабильности или эффективности. "Это делает рискованное пространство параметров менее рискованным для работы, но также открывает новое пространство параметров, в которое мы можем войти и исследовать", - говорит он.