AI řídila plazmu uvnitř fúzního reaktoru

Při jaderné fúzi se jádra atomů vodíku spojují dohromady a vytvářejí těžší atomy, jako je helium. To produkuje velké množství energie v poměru k malému množství paliva, což představuje velmi účinný zdroj energie. Ten je čistší a bezpečnější než fosilní paliva nebo konvenční jaderná energie, která vzniká opačným procesem (štěpením jader). Dosažení a řízení jaderné fúze na Zemi je však obtížné, protože atomová jádra se navzájem odpuzují a v reaktoru lze tento proces provést pouze při extrémně vysokých teplotách, často dosahujících stovek milionů stupňů, což je více než ve středu Slunce. Při těchto teplotách není hmota pevná, kapalná ani plynná, ale vstoupí do čtvrtého stavu, známého jako plazma.

Cílem je pak udržet plazma uvnitř reaktoru pohromadě dostatečně dlouho na to, aby se z něj extrahovala energie. Uvnitř hvězd udržuje plazma gravitace, na Zemi výzkumníci používají k tomuto účelů různé metody včetně laserů a magnetů. V reaktoru známém jako tokamak je plazma uvězněno uvnitř elektromagnetické klece, která jej nutí držet tvar a brání jí v dotyku se stěnami reaktoru, což by plazma ochladilo a poškodilo reaktor.

Ovládání plazmatu ale vyžaduje neustálé sledování a manipulaci s magnetickým polem. Vědci trénovali svůj algoritmus učení se zesílením, aby provedli potřebné operace v simulaci a zjistili, že AI je schopna ovládat skutečný reaktor bez dalšího jemného dolaďování. Trénovaná neuronová síť provede 90 různých měření popisujících tvar a polohu plazmatu desettisíckrát za sekundu, a v reakci upravuje napětí v 19 magnetech. Tato smyčka zpětné vazby je mnohem rychlejší, než s čím se musely vypořádat předchozí algoritmy zesíleného učení.

Pro urychlení byla proto AI rozdělena na dvě neuronové sítě. První (velká) se pomocí metody pokus/omyl naučila ovládat reaktor uvnitř simulace a její schopnosti byly poté zakódovány v menší, rychlejší síti, která běží na samotném reaktoru. Toto řešení označili vědci za velmi účinnou metodu, která představuje důležitý první krok velmi perspektivním směrem, jak informovali v časopise Nature.

Jakmile se AI naučila jak ovládat a měnit tvar plazmy uvnitř virtuálního reaktoru, vědci jí předali kontrolu nad magnety v experimentálním reaktoru Variable Configuration Tokamak (TCV) v Lausanne. Celkově AI ovládala plazmu pouze dvě sekundy – což je ale dost dlouho, dokud reaktor TCV může běžet, než se příliš zahřeje.

Plazma v Tokamaku TCV

Podle vědců může použití AI k řízení plazmatu usnadnit experimentování s různými podmínkami uvnitř reaktorů, pochopit proces a potenciálně urychlit rozvoj komerční jaderné fúze. Umělá inteligence se také naučila, jak ovládat plazmu úpravou magnetů způsobem, který lidé předtím nezkoušeli, což naznačuje, že mohou existovat nové konfigurace reaktorů, které je třeba prozkoumat.

Foto: Curdin Wüthrich /SPC/EPFL