ხელოვნურ ინტელექტზე დაფუძნებულმა კონტროლერმა აშშ-ში მდებარე DIII-D National Fusion Facility-ის ტოკამაკში პლაზმის საშიში არასტაბილურობის რისკის შეფასება და მისი თავიდან ასაცილებლად რეჟიმის შეცვლა შეძლო. შედეგები 2024 წლის 21 თებერვალს ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა და წარმოადგენს მნიშვნელოვან, თუმცა ჯერ კვლევით ეტაპზე მყოფ დემონსტრაციას შერწყმის ფიზიკაში.
მთავარი დაზუსტება ასეთია: სისტემამ არ მართა „მთელი შერწყმის რეაქტორი“ და არც კომერციული ელექტროსადგურის მუშაობა უჩვენებია. ის რეალურ ექსპერიმენტულ ტოკამაკში კონკრეტული საფრთხის — ე.წ. tearing instability-ის — თავიდან აცილებაზე მუშაობდა. მოდელი პლაზმის შესაძლო მდგომარეობას 25 მილიწამის შემდგომი ჰორიზონტით აფასებდა.
რას აკონტროლებდა AI რეალურ ტოკამაკში
ტოკამაკი არის რგოლისებრი დანადგარი, სადაც უკიდურესად ცხელი, იონიზებული აირი — პლაზმა — ძლიერი მაგნიტური ველებით არის შეკავებული. ასეთი პლაზმის სტაბილურობის შენარჩუნება შერწყმის ენერგიის კვლევის ერთ-ერთი უმთავრესი ამოცანაა: მცირე დარღვევამაც კი შეიძლება პლაზმის რეჟიმი გააუარესოს ან კონტროლის დაკარგვამდე მიიყვანოს.
კვლევის ავტორებმა გამოიყენეს ღრმა განმტკიცებითი სწავლება (reinforcement learning). ეს მეთოდი ალგორითმს საშუალებას აძლევს, სიმულაციებსა და მიზნობრივ „ჯილდოზე“ დაყრდნობით შეარჩიოს ისეთი მოქმედებები, რომლებიც სასურველი შედეგის შანსს ზრდის. ამ შემთხვევაში მიზანი იყო პლაზმის შედარებით მაღალი წნევის შენარჩუნება ისე, რომ tearing instability-ის საშიშ ზონაში არ გადასულიყო.
AI იღებდა მონაცემებს პლაზმის რამდენიმე მნიშვნელოვანი მახასიათებლის შესახებ, მათ შორის ელექტრონების სიმკვრივისა და ტემპერატურის, იონების ბრუნვის, უსაფრთხოების ფაქტორისა და წნევის პროფილების შესახებ. ამ მონაცემებზე დაფუძნებული ნეირონული ქსელი აფასებდა არასტაბილურობის განვითარების ალბათობას 25 მილიწამის შემდეგ. ნაშრომში ამ რისკის მაჩვენებელს ავტორები „tearability“-ს უწოდებენ.
კონტროლერი უშუალოდ ყველა ტექნიკურ დეტალს არ განაგებდა. ის ადგენდა მაღალი დონის ბრძანებებს ორ პარამეტრზე: ნეიტრალური სხივებით გათბობის საერთო სიმძლავრეზე და პლაზმის ზედა ნაწილის ფორმის, ანუ triangularity-ის, ცვლილებაზე. შემდეგ DIII-D-ის არსებული დაბალი დონის საკონტროლო სისტემა ამ მითითებებს მაგნიტური კოჭებისა და ცალკეული სხივების კონკრეტულ სიგნალებად გარდაქმნიდა.
რა აჩვენა DIII-D-ზე ჩატარებულმა გამოცდებმა
ექსპერიმენტები ჩატარდა სან-დიეგოში, General Atomics-ის ობიექტზე მდებარე DIII-D National Fusion Facility-ში. Nature-ის ნაშრომის მიხედვით, DIII-D აშშ-ის უდიდესი მაგნიტური შერწყმის კვლევითი დანადგარია.
სტატიაში აღწერილია როგორც ტრადიციული კონტროლით მიღებული საცნობარო შედეგები, ისე AI კონტროლით ჩატარებული რამდენიმე გასროლა. მაგალითად, discharge 193273-ში tearing instability დაახლოებით 2.6 წამზე განვითარდა, რასაც დაახლოებით 3.1 წამზე პლაზმის კონტროლის დაკარგვა მოჰყვა. ამის საპირისპიროდ, AI კონტროლით ჩატარებულ 193280 და 193281 ექსპერიმენტებში პლაზმა დესტრუქციული არასტაბილურობის გარეშე შენარჩუნდა დაგეგმილი flat-top ფაზის დასრულებამდე.
სხვადასხვა ტესტში მკვლევრებმა რისკის განსხვავებული ზღვარი გამოიყენეს: 0.2, 0.5 და 0.7. უფრო დაბალი ზღვარი უფრო ფრთხილ მართვას ნიშნავდა, ხოლო სისტემამ სხვადასხვა პირობებში მოახერხა პლაზმის პარამეტრების ადაპტირება, რათა არასტაბილურობის ალბათობა დასაშვებ ზღვარს ქვემოთ დარჩენილიყო. აღწერილია დამატებითი გამოცდაც 1.8 მეგავატი რადიოსიხშირული გათბობის ფონზე.
თუმცა ნაშრომი არ აჯამებს ყველა გამოცდის საერთო რაოდენობას ერთ კონკრეტულ რიცხვად. მასში ასევე ნახსენებია დამატებითი ტესტები სხვადასხვა გარემოში და შემთხვევით შერჩეულ ექსპერიმენტულ მონაცემებზე 1 000 პროგნოზული ნიმუშის შეფასება.
რატომ არ ნიშნავს ეს კომერციულ შერწყმის ენერგიას
ეს შედეგი მნიშვნელოვანია, რადგან მომავალი შერწყმის მოწყობილობებისთვის სწრაფი პროგნოზირება და დროული რეაგირება კრიტიკულია. tearing instability მაგნიტურ სტრუქტურას არღვევს და შეიძლება დისკურსიის, ანუ პლაზმის კონტროლის დაკარგვის, წინაპირობად იქცეს. მისი თავიდან აცილება პლაზმის უფრო მდგრადი და ეფექტიანი რეჟიმების შესწავლის შესაძლებლობას ზრდის.
მიუხედავად ამისა, ავტორები ნამუშევარს პირდაპირ proof-of-concept-ად, ანუ კონცეფციის საჩვენებელ კვლევად აფასებენ. სისტემა ერთ კონკრეტულ არასტაბილურობაზე იყო ორიენტირებული და ყველა შესაძლო პლაზმურ პრობლემას არ ფარავს. პროგნოზირების მოდელი ასევე „შავი ყუთის“ შეზღუდვას ატარებს: მას შეუძლია რისკის შეფასება, მაგრამ ყოველთვის ვერ ხსნის, რა ფიზიკურმა მიზეზმა წარმოშვა კონკრეტული მდგომარეობა.
დამატებით, DIII-D-ზე ხელმისაწვდომი სენსორები და მართვის საშუალებები შეიძლება განსხვავდებოდეს ITER-ისა და მომავალი დანადგარების შესაძლებლობებისგან. ერთ დამატებით ტესტში პლაზმა საბოლოოდ მაინც დაირღვა არასაკმარისი პლაზმური დენის გამო; კვლევის მიხედვით, ეს უშუალოდ AI კონტროლერის მოქმედებას არ უკავშირდებოდა.
ამიტომ კვლევა არ არის მტკიცებულება, რომ კომერციული ბირთვული შერწყმა უკვე მიღწეულია. ის აჩვენებს უფრო ვიწრო, მაგრამ პრაქტიკულად მნიშვნელოვან შესაძლებლობას: AI შეიძლება იქცეს პლაზმის კონტროლის დამხმარე ინსტრუმენტად, თუ მას მეტი ექსპერიმენტით, დამატებითი აქტუატორებითა და მრავალფეროვან სამუშაო რეჟიმში გამოცდიან.
