Использование энергии термоядерного синтеза - это одно из возможных решений существующих глобальных энергетических проблем. По крайней мере, усилий в освоении термояда прикладывается немало, считается, что это будет следующая ступень после освоения ядерной энергетики. Известно, что наиболее эффективным и многообещающим методом для термоядерных реакторов является метод магнитного удержания. Суть данного метода состоит в удержании высокотемпературной плазмы в реакторе с высокой плотностью при помощи магнитного поля. Так работает установка типа Токамак, она имеет форму, напоминающую тор, расшифровывается как "тороидальная камера с магнитными катушками". Название исчерпывающее, я полагаю. В результате реакции термоядерного синтеза в плазме выделяется энергия, которая впоследствии преобразуется в электричество.
Для того, чтобы это всё работало, в перспективе, необходимо в режиме реального времени осуществлять прогнозирование и контроль поведения термоядерной плазмы, что является непростой задачей из-за её сложного поведения и множества факторов, которые необходимо учитывать: нагрев, подача топлива, примеси, нейтральные частицы и другие. При этом, многие из разрабатываемых термоядерных реакторов будут иметь ограниченные возможности измерения, датчики просто не выдерживают таких адских условий. Это потребует прогнозирующего управления и оценки состояния плазмы в условиях недостаточной информации и большой неопределённости.
Исследовательская группа из Высшей инженерной школы Киотского университета предложила новаторскую систему управления с применением метода ассимиляции данных. Метод работает так: существует вычислительная модель плазмы в реакторе, которая имитирует её поведение. В неё в режиме реального времени загоняются данные о работе самоё установки, так и о состоянии плазмы. Данные этой модели используются для управления плазмой. Иными словами - это цифровой двойник плазмы, при помощи которого мы можем лучше понимать, что внутри реактора происходит. Это позволяет оптимизировать прогностическую модель с использованием наблюдений в режиме реального времени. Такой подход позволяет оценить оптимальное управление на основе улучшенной прогностической модели, даже в условиях высокой неопределённости и нехватки информации. Метод ассимиляции данных известен своей эффективностью в повышении точности прогнозов и анализа крупномасштабных имитационных моделей, и его применение в данном контексте выглядит многообещающе.
Контроль термоядерной плазмы является сложной и многогранной задачей, требующей комплексного подхода и использования различных методов и технологий. Разработка новых и совершенствование существующих методов управления, а также внедрение инновационных подходов, таких как ассимиляция данных, искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления, способны внести значительный вклад в развитие и реализацию термоядерной энергетики.
Источник:
Юя Моришита и др., Первое применение контроля на основе ассимиляции данных к термоядерной плазме (Yuya Morishita et al, First application of data assimilation-based control to fusion plasma), Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-023-49432-3
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
