การนำนิวเคลียร์ฟิวชันมาใช้อย่างประสบความสำเร็จสัญญาว่าจะจัดหาแหล่งพลังงานสะอาดที่ไร้ขีดจำกัดและยั่งยืน แต่เราสามารถตระหนักถึงความฝันอันน่าทึ่งนี้ได้ก็ต่อเมื่อเราเชี่ยวชาญฟิสิกส์ที่ซับซ้อนซึ่งเกิดขึ้นภายในเครื่องปฏิกรณ์
ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินการทีละขั้นเพื่อบรรลุเป้าหมายนี้ แต่ปัญหามากมายยังไม่ได้รับการแก้ไข อุปสรรคสำคัญประการหนึ่งคือการจัดการพลาสมาที่ไม่เสถียรและร้อนจัดในเครื่องปฏิกรณ์ได้สำเร็จ แต่แนวทางใหม่แสดงให้เห็นว่าเราสามารถทำได้อย่างไร
ในการทำงานร่วมกันระหว่าง Swiss Plasma Center (SPC) ของ EPFL และ DeepMind บริษัทปัญญาประดิษฐ์ (AI) นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ระบบ Deep Reinforcement Learning (RL) เพื่อศึกษาความแตกต่างของพฤติกรรมพลาสม่าและการควบคุมในโทคามัครูปโดนัท ซึ่งใช้ ชุดของขดลวดแม่เหล็กที่อยู่รอบเครื่องปฏิกรณ์เพื่อควบคุมและจัดการพลาสมาที่อยู่ภายใน
เป็นการปรับสมดุลที่ยุ่งยาก เนื่องจากขดลวดต้องการการปรับแรงดันไฟฟ้าจำนวนมาก มากถึงหลายพันครั้งต่อวินาที เพื่อให้พลาสมาอยู่ภายในสนามแม่เหล็กได้สำเร็จ ดังนั้น การรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันอย่างยั่งยืน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการรักษาเสถียรภาพของพลาสมาที่อุณหภูมิหลายร้อยล้านองศาเซลเซียส ซึ่งร้อนกว่าแกนกลางของดวงอาทิตย์ ต้องใช้ระบบที่ซับซ้อนหลายระดับเพื่อควบคุมขดลวด อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาใหม่ นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าระบบปัญญาประดิษฐ์ระบบหนึ่งสามารถรับมือกับงานนี้ได้ด้วยตัวเอง
"การใช้สถาปัตยกรรมการเรียนรู้ที่รวม RL แบบลึกและสภาพแวดล้อมการจำลอง เราได้สร้างตัวควบคุมที่สามารถทำให้พลาสมาอยู่ในสถานะคงที่และใช้เพื่อแสดงผลรูปร่างที่แตกต่างกันได้อย่างแม่นยำ" ทีมงานอธิบายในโพสต์บล็อกของ DeepMind เพื่อให้บรรลุผลสำเร็จ นักวิจัยได้ฝึกอบรมระบบ AI ของพวกเขาในเครื่องจำลอง tokamak ซึ่งระบบการเรียนรู้ของเครื่องเรียนรู้ผ่านการลองผิดลองถูกถึงวิธีการนำทางความซับซ้อนของการกักขังด้วยสนามแม่เหล็กในพลาสมา หลังจากเรียนจบ AI ได้ก้าวไปอีกระดับโดยนำสิ่งที่ได้เรียนรู้ไปใช้ในเครื่องจำลองในโลกแห่งความเป็นจริง
โดยการขับเคลื่อน tokamak การกำหนดค่าตัวแปร SPC (TCV) ระบบ RL ทำให้พลาสมาภายในเครื่องปฏิกรณ์มีรูปร่างที่แตกต่างกัน ซึ่งรวมถึงรูปร่างที่ไม่เคยเห็นมาก่อนใน TCV: ทำให้ "หยด" มีเสถียรภาพ โดยที่พลาสมาสองตัวอยู่ร่วมกันภายในอุปกรณ์พร้อมกัน นอกจากรูปทรงดั้งเดิมแล้ว AI ยังสามารถสร้างการกำหนดค่าขั้นสูง ให้รูปร่าง "สามเหลี่ยมเชิงลบ" และ "เกล็ดหิมะ" ของพลาสมา
อาการเหล่านี้แต่ละอย่างมีศักยภาพที่แตกต่างกันสำหรับการผลิตพลังงานในอนาคต หากเราสามารถรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้ รูปแบบหนึ่งที่ควบคุมโดยระบบนี้ "รูปร่างคล้าย ITER" อาจมีแนวโน้มดีเป็นพิเศษสำหรับการศึกษาในอนาคตที่เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์นานาชาติ (ITER) ซึ่งเป็นการทดลองนิวเคลียร์ฟิวชันที่ใหญ่ที่สุดในโลก ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการก่อสร้างในฝรั่งเศส
นักวิจัยกล่าวว่าการควบคุมด้วยแม่เหล็กของการก่อตัวของพลาสมาเหล่านี้เป็น "ระบบที่ซับซ้อนที่สุดในโลกแห่งความเป็นจริงซึ่งมีการนำการเรียนรู้การเสริมแรงมาใช้" และสามารถให้ทิศทางใหม่ในการออกแบบ tokamaks ในโลกแห่งความเป็นจริงได้ ไม่เพียงแค่นั้น แต่บางคนเชื่อว่าระบบดังกล่าวจะเปลี่ยนอนาคตของระบบควบคุมพลาสม่าขั้นสูงในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันโดยพื้นฐานแล้ว
อ่าน: