اجرای موفقیت آمیز همجوشی هسته ای نوید ارائه یک منبع بی حد و حصر و پایدار از انرژی پاک را می دهد، اما ما تنها در صورتی می توانیم این رویای باورنکردنی را محقق کنیم که بر فیزیک پیچیده ای که در داخل راکتور می گذرد تسلط داشته باشیم.
در طول دهه ها، دانشمندان گام های افزایشی به سوی این هدف برداشته اند، اما بسیاری از مشکلات حل نشده باقی مانده اند. یکی از موانع اصلی مدیریت موفقیت آمیز پلاسمای ناپایدار و فوق گرم در راکتور است – اما یک رویکرد جدید نشان می دهد که چگونه می توانیم این کار را انجام دهیم.
در همکاری مرکز پلاسمای سوئیس EPFL (SPC) و شرکت هوش مصنوعی (AI) DeepMind، دانشمندان از یک سیستم یادگیری تقویتی عمیق (RL) برای مطالعه تفاوت های ظریف رفتار و کنترل پلاسما در یک توکامک همجوشی دونات شکل استفاده کردند. مجموعه ای از سیم پیچ های مغناطیسی که در اطراف راکتور قرار دارند تا پلاسمای داخل آن را کنترل و دستکاری کنند.
این یک عمل متعادل کننده دشوار است زیرا سیم پیچ ها به تعداد زیادی تنظیم ولتاژ خوب تا هزاران بار در ثانیه نیاز دارند تا پلاسما را با موفقیت در میدان مغناطیسی نگه دارند. بنابراین، تداوم واکنش‌های همجوشی هسته‌ای - که شامل حفظ پایداری پلاسما در صدها میلیون درجه سانتی‌گراد، داغ‌تر از هسته خورشید است - به سیستم‌های پیچیده و چند سطحی برای کنترل سیم‌پیچ‌ها نیاز دارد. با این حال، در یک مطالعه جدید، دانشمندان نشان داده اند که یک سیستم هوش مصنوعی می تواند به تنهایی با این کار کنار بیاید.
این تیم در یک پست وبلاگ DeepMind توضیح می دهد: "با استفاده از یک معماری یادگیری که ترکیبی از RL عمیق و یک محیط شبیه سازی است، ما کنترل کننده هایی ایجاد کردیم که هم می توانند پلاسما را در حالت ثابت نگه دارند و هم از آن برای ارائه دقیق اشکال مختلف استفاده کنند." برای انجام این کار، محققان سیستم هوش مصنوعی خود را در یک شبیه‌ساز توکامک آموزش دادند که در آن سیستم یادگیری ماشینی از طریق آزمون و خطا یاد گرفت که چگونه پیچیدگی‌های محصوره مغناطیسی پلاسما را هدایت کند. پس از فارغ التحصیلی، هوش مصنوعی با استفاده از آنچه در شبیه ساز در دنیای واقعی آموخته بود، آن را به سطح بعدی رساند.
با هدایت یک توکامک با پیکربندی متغیر SPC (TCV)، سیستم RL به پلاسمای داخل راکتور شکل‌های متفاوتی داد، از جمله شکلی که قبلاً در TCV دیده نشده بود: تثبیت کردن "قطرات" که در آن دو پلاسما به طور همزمان در داخل دستگاه وجود داشتند. علاوه بر اشکال سنتی، هوش مصنوعی همچنین می‌تواند پیکربندی‌های پیشرفته‌ای ایجاد کند و به پلاسما شکل‌های «مثلث منفی» و «دانه برف» بدهد.
اگر بتوانیم واکنش های همجوشی هسته ای را حفظ کنیم، هر یک از این تظاهرات پتانسیل متفاوتی برای تولید انرژی در آینده دارند. یکی از پیکربندی های کنترل شده توسط این سیستم، "شکل ITER مانند" ممکن است به ویژه برای مطالعه آینده در راکتور آزمایشی حرارتی هسته ای بین المللی (ITER)، بزرگترین آزمایش همجوشی هسته ای جهان، که در حال حاضر در فرانسه در حال ساخت است، امیدوار کننده باشد.
به گفته محققان، کنترل مغناطیسی این تشکل‌های پلاسما «یکی از پیچیده‌ترین سیستم‌های دنیای واقعی است که یادگیری تقویتی برای آن اعمال شده است» و می‌تواند جهت جدیدی را در طراحی توکامک‌های دنیای واقعی ارائه دهد. نه تنها این، بلکه برخی معتقدند که این امر به طور اساسی آینده سیستم های پیشرفته کنترل پلاسما را در راکتورهای همجوشی تغییر خواهد داد.
همچنین بخوانید: