Исследователи из MIT разработали гибридную модель, сочетающую физическое моделирование с машинным обучением, чтобы предсказывать поведение плазмы во время остановки термоядерных реакторов типа токамак. Этот подход может значительно повысить надежность будущих термоядерных электростанций.
Проблема управления плазмой
Токамаки — тороидальные установки для удержания плазмы с помощью магнитных полей — сталкиваются с критической проблемой при остановке реакций. Когда плазма становится нестабильной, операторы должны уменьшить ток плазмы, но сам процесс уменьшения может вызвать дополнительные нарушения. В некоторых случаях это приводит к повреждению внутренней поверхности реактора, что требует дорогостоящего ремонта.
Плазма в токамаках циркулирует со скоростью до 100 километров в секунду при температурах свыше 100 миллионов градусов Цельсия. Управление таким экстремальным состоянием вещества требует исключительной точности.
Гибридный подход
Команда MIT объединила машинное обучение с физической моделью динамики плазмы для создания симулятора, способного предсказывать развитие нестабильностей во время уменьшения тока. Модель обучалась на данных экспериментального токамака в Швейцарии и показала высокую точность даже при ограниченном объеме обучающих данных.
Эффективность обучения особенно впечатляет, учитывая, что каждый экспериментальный запуск токамака стоит огромных денег, а качественных данных всегда не хватает. Это демонстрирует, как грамотное сочетание физических моделей с ML может решать проблемы, недоступные чисто основанным на данных подходам.
Перспективы для термоядерной энергетики
Как отмечает ведущий автор исследования Аллен Ван: «Для того чтобы термоядерный синтез стал полезным источником энергии, он должен быть надежным. Чтобы быть надежным, нам нужно научиться хорошо управлять нашей плазмой».
Неуправляемые реакции плазмы, даже во время охлаждения, могут генерировать интенсивные тепловые потоки, повреждающие внутренние стенки реактора. Особенно это актуально для высокопроизводительных плазм, где процесс уменьшения тока может подвести плазму к пределам нестабильности.
Новая модель, описанная в открытой публикации Nature Communications, предлагает решение этой многолетней проблемы термоядерной энергетики.
По материалам MIT News