Может ли нейронная сеть приручить солнце?
Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS), занимающаяся технологиями управляемого термоядерного синтеза, объявила о партнерстве с подразделением Google DeepMind. Совместный проект направлен на применение искусственного интеллекта для оптимизации работы реактора SPARC — экспериментальной установки, которая призвана стать прототипом компактного источника чистой энергии. Исследователи надеются ускорить путь к коммерческому термоядерному реактору, используя искусственный интеллект для точного моделирования поведения плазмы и автоматического выбора оптимальных режимов сдерживания плазмы.
Проект основан на программной платформе с открытым исходным кодом DeepMind под названием грудная клеткакоторый предназначен для моделирования процессов в плазменной камере. Он в сочетании с алгоритмами нейронных сетей позволяет прогнозировать и корректировать динамику перегретой плазмы, температура которой достигает десятков миллионов градусов Цельсия. Испытания проводятся в Исследовательском центре CFS в Девоне, штат Массачусетс, где строится установка SPARC, что является промежуточным этапом перед постройкой коммерческого ARC-реактора. Использование Torax в сочетании с машинным обучением позволяет выбирать наиболее устойчивые стратегии управления плазмой, снижая затраты на электроэнергию и повышая эффективность будущих электростанций.
CFS отмечает, что искусственный интеллект может значительно ускорить освоение систем управления SPARC и в будущем помочь переходу к промышленной выработке электроэнергии на базе ARC-реакторов. Инженеры ожидают, что новые алгоритмы улучшат стабильность плазмы и в то же время повысят общую эффективность установки.
Партнерство с DeepMind является расширением существующих отношений между компаниями. Google является инвестором CFS и имеет предварительное соглашение о покупке 200 мегаватт электроэнергии у первого коммерческого комплекса ARC, который, как ожидается, будет введен в эксплуатацию в начале 2030 года. Сейчас разработчики объединяют свой опыт в области искусственного интеллекта и физики плазмы, чтобы применять машинное обучение для управления реакторами следующего поколения.
В основе подхода лежит метод обучения с подкреплением, ранее использовавшийся в знаменитой программе AlphaGo. Алгоритм анализирует десятки параметров реактора — скорость подачи топлива, мощность радиочастотного нагрева, электрические токи в сверхпроводящих катушках — и получает «приз» за нахождение комбинаций, обеспечивающих стабильное удержание плазмы с минимальными потерями энергии. Этот метод позволяет искусственному интеллекту самостоятельно находить эффективные решения в средах, где количество переменных и скорость реакций делают невозможным ручное управление.
Для DeepMind это не первый раз, когда она участвует в термоядерных проектах. Ранее команда компании применяла те же принципы для управления магнитными системами токамака TCV в Швейцарском центре исследований плазмы. Тогда нейронная сеть не только стабилизировала плазму, но и предложила новые конфигурации магнитных полей, расширив представления физиков о возможных режимах удержания.
В проекте SPARC искусственный интеллект будет использоваться как на этапе моделирования, так и во время эксплуатации завода. Ожидается также, что это поможет контролировать отвод тепла из области, называемой дивертором, где плазма контактирует со стенками камеры, а точный контроль ее формы имеет решающее значение для предотвращения перегрева.
Ключом к этому проекту является платформа Torax, представленная в 2024 году. Он служит единой программной платформой, которая объединяет различные инструменты искусственного интеллекта и вычислительные модули в общую среду. Раньше для моделирования поведения плазмы ученым приходилось использовать несколько несвязанных между собой систем, но теперь все объединено в единой среде, где сложные расчеты выполняются во много раз быстрее. Это позволяет выполнять тысячи итераций за считанные часы, а не ждать неделями.
Сам SPARC представляет собой компактный токамак — тороидальную конфигурацию, в которой плазма удерживается магнитным полем. В отличие от традиционных схем, SPARC использует высокотемпературные сверхпроводящие магниты, которые создают гораздо более сильное поле при использовании катушек меньшего размера.. Такое решение позволяет уменьшить размеры реактора, снизить стоимость и повысить плотность плазмы, сделав ее более стабильной.
По оценкам компании, сочетание физического дизайна с искусственным интеллектом добавит еще один уровень вычислительной поддержки и ускорит переход к доступной и чистой энергии термоядерного синтеза. Еще один большой плюс термоядерного синтеза – отсутствие вредных отходов. Здесь нет парниковых газов, атмосфера не загрязнена, нет необходимости утилизировать ядерные материалы. Даже при тяжелой аварии ничего особенного не произойдет, кроме выброса в атмосферу небольшого количества водорода, который и является топливом термоядерного реактора. В то же время термоядерный синтез настолько эффективен, что имеющихся на Земле запасов водорода достаточно, чтобы удовлетворить все энергетические потребности человечества на миллионы лет.
CFS уже активно использует сложное моделирование для оптимизации конструкций SPARC, и следующим шагом должно стать внедрение систем нейронных сетей – инструмента для точной настройки и дальнейшего улучшения будущих реакторов.
